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Contribution à l'étude des méthodes d'injection des fissures dans le béton
P"I
Richard Lapointe
Département de génie civil et mécanique appliquée
Université McGill
Montréal, Canada
Mai 1997
MÉMOIRE SOUMIS À LA FACULTÉ DES ÉTUDES GRADUÉES ET DE LA RECHERCHE RENCONTRANT PARTIELLEMENT LES
EXIGENCES POUR L'OBTENTION D'UNE MAITRISE EN GENIE
O Copyright 1997 par Richard Lapointe
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The author retains ownership of the copyright in this thesis. Neither the thesis nor substantial extracts fiom it may be printed or otherwise reproduced without the author's permission.
L'auteur a accordé une licence non exclusive permettant a la Bibliothèque nationale du Canada de reproduire, prêter, distribuer ou vendre des copies de cette thèse sous la forme de microfichelfilm, de reproduction sur papier ou sur format électronique.
L'auteur conserve la propriété du droit d'auteur qui protège cette thèse. Ni la thèse ni des extraits substantiels de celle-ci ne doivent être imprimes ou autrement reproduits sans son autorisation.
Cette étude. h i san t partie d'un projet d e recherche réalisé conjointement par le
Dipanement de génie et de mécanique appliquie de l'Université McGill et par l'Institut d e
recherche de I'Hydro-Québec (IREQ). l'auteur tient à remercier le Professeur Saeed M i n a et
le Dr Kaveh Saleh pour leur soutien. leurs judicieux conseils et leur encouragement.
L'auteur remercie aussi les membres d e l'Équipe Béton du Service Technologie des
matériaux de la VPTI d'Hydro-Québec. mais tout particuli2rement MM. Stiphane Tremblay
et André Watier pour leur précieuse aide durant les essais en laboratoire. II tient aussi à
remercier I'Hydro-Quibec pour son aide financiére apportée au cours de la rialisaiion de ce
projet de recherche.
Pour terminer, une pensée toute particuliCre est r i \crvie aux parents. à la famille et h la
conjointe dc l'auteur pour leur aide. leur soutien moral et leurs judicieux conseils.
Sachant de prime abord que toutes les stmctures de béton vont éventuellement souffrir
d'une forme ou d'une autre de détérioration. il importe de soit les entretenir ou de les réparer
pour qu'elles soient aptes à remplir leurs d e s . De cette manikre, afin de réaliser des travaux
d'entretien ou de réfection de qualité et durable. il est primordial de déterminer la ou les
cause(s) du problème.
De cette manikre en 1987, Hydro-Québec a décidé de mettre sur pied un groupe
d'études dans le cadre du projet de recherche : Développet~te~ir drs n té t l tod~~ et des prodiiirs
ri'irtjecrio~t r ln~u les srnicriires en béro~i pour Ctudier et évaluer les produits, les iquipements et
les méthodes d'injection. Ce projet de maîtrise fait pariie de ce projet. mais plus d'emphase a
CtC mise sur l'étude des méthodes d'injection. Ce mémoire traite .:n premier lieu de la
fishuration du béton et des méthodes d'investigation. Par le suite. on décrit quelques
techniques de réparations. dont I'injection. Le chapitre suivant est pour sa part consacré à
I'injection du béton et on y traite des produits, des équipcnienth et des méthode5 d'injection.
Suivent cnsuite un résumé des essais en laboratoire anterieurs et les procédures expCrimentales
de la simulation en laboratoire de I'injection de grandes dalles de biton. dont les résultats sont
preaentés et analysés au chapitre qui suit. Ainsi, les résultnts de la revue de la littirature. de
I'Ctiidc et des essais en laboratoire montrent que:
les coulis à base de ciment Portland ou microfin (ouverture c 0.5 mm) sont plus
performants que les époxydes ou les polyuréth;iiiiic\ pour rCparer des structures
hydrauliques:
les injections en laboratoire de coulis stüblc5 ont doiiiiC des r&sultats supirieurs à
ceux des injections de coulis instables:
;!jouter du huperplastifiant au coulis permet d';iiiiCliorer les caractéristiques
rhéologiques du coulis tout en gardant de bonne\ c;ir;ictCrisiiques mécaniques;
. les Cquipcments et les instmments jouent un rôle de preniier plan daiis la réussite
d'une injection:
aucune méthode ou procédure ne peut Stre géni.rali\Cc ù tous les chantiers. i l faut
dans certains cas. où l'intégrité stmcturüle pourrait Cire compromise par I'injection.
recourir ù des analyses stmcturales poussCeh pour déterminer des paramètres
d'injection efficaces et sécuritaires.
Abstract
Cracking is one tif the most serious problems affecting concrete structures. Ir is
imponant to repair them to maintain their level o f service. I n 1987, after experiencing
problems during the injection o f one o f its concrete dams. Hydro-Quebec decicied to carry
out a research project to invcstigate the grouting products, equipment and procedures. This
thesis is a pan of these activities. The topics treated in the first chapter are concrete cracking
and its investigation. Then, follows a brief description of concrete repair techniques, including
examples of grouting. The next chapter describes the products, equipment and procedures
iised in concrete grouting. The following chapter is dedicated to Iaboratory simulation of the
injection o f concrete structures: previous experimeiital work is wmmarized and the
procedures o f slab injection followed for this study are explaiiied. The experimental results
and their analysis are included in the next chapter.
Thc results o f both the literature review and the laboratory study show that:
cement-based grouts, eitlier Portland or inicrofine cernent (opening c 0.5 inni).
are more effective to repair concrete hydraulic structiires than chemical grouts;
experimental injections of stable grouts gave results siiperior to those of unstable
prouts.;
superplasticizers should be added to the cement-based grout inix to inipro\-e its
rhcological properties while i t still keeps good niechnnical properties:
the grouting equipinent and monitoring instrumentr pliiy 11 major role in the
success of an injection:
no meihod can fit a11 sites: in some cases. whcre rtriiciiircil integrity could he
jeopardized during the injection process. stnicturül ;iiialyrii can be rcquired to
determine safe and efficient parameters.
Table des matières
Remerciements
Résumé
Abstract
Liste des figures
Liste des tableaux
1.0 Introduction
2.0 Fissuration du béton
2.1 Causer de la fissuration Z.I. I Fisuration du béton plastique 2.1.2 Fi\suration du béton durci
2.2 hlithodes d'investigation 2.2.1 In\pcction visuelle 2.2.2 Inspection de~ tn i c t i~e 2.2.3 Inspection non d t 3 t n i ~ t i ~ e
2.3 Fissur;itioii des blirragcs
3.0 Injection
3.1 Mi.th»des de riparation du belon
3.2 Type\ d'injection
3.3 Qu'arrive-1-il durant l'injection'? 3.3 I Fi\sures d'ouverture appri.ciable 3.3.2 Fiwtrer fines
3.4 F;icteiir\ ;iffectant la pénCtration 3.4. I Cüriictiristiqucs de Iü fissure 3.4.2 PropriCtés des coulis
3.5 Momciitr ci produits propices
4.0 Injection du béton
4.1 MaiSriaux 4.1.1 Produits chimiques 4.1.2 Produit.; à base de ciment 4.1 .3 Ajouts et adjuvants 4. I . A Composition des niClanges
4.2 Éqiiipements 4.2.1 Équipements polir l'injection de produits chiniiques 4.2.2 Équipements pour l'injection de coulir de cinient 4.2.3 Instriimentation
4.3 Mithode\ 4.3.1 Injection de sol et de roc 4.3.2 Injection du béton
4.4 Parmètres d'injection 4.4.1 Pression maximale 4.4.2 Pression de refus 4.4.3 Débit 4.4.4 Relation pression-débit
5.0 Injections expérimentales en laboratoire
5.1 Travaux en laboratoire anterieurs
5.2 ProblCmatique et objectifs
5.3 Fabriciition des dalles
5.4 Banc d'essai
5.5 Équipemenrs et instrumentation
5.6 Coulis d'injection
5.7 Injection
5.8 Carottage et sipürntion des dalles
6.0 Résultats et analyse des résultats
6.1 Diille 31
6.2 Dalle 32
6.3 Düllc 33
6.1 Conclusions et recominündations
7.0 Conclusions et recommandations générales
8.0 Bibliographie
Annexe A Résultats de l'injection de la dalle 31
Annexe H R6sultats de l'injection de la dalle 32
Annexe C Résultats de l'essai d'eau de la dalle 33
Annexe D Résultats de l'injection de la dalle 33
Liste des figures
Chapitre 2
Figure 2.1
Figure 2.2
Figure 2.3
Figure 2.4
Figure 2.5
Figure 2.6
Figure 2.7
Figure 2.8
Figure 2.9
Chapitre 3
Figure 3.1 Figure 3.2
Figure 3.3 Figure 3.4
Figure 3.5 Figure 3.6
Figure 3.7
Figure 3.8 Figure 3.9
Figure 3.10 Figure 3.11
Figure 3.12
Chapitre 4
Figure 4.1
Figure 4.2
Figure 4.3
Figure 4.4
Figure 4.5
Figure 4.6
Figure 4.7
Figure 4.8
Figure 4.9
Exemples de fissurations intrinseques d'une structure de biion Arborescence des principaux types de fissuration du béton Processus de corrosion de l'armature Exemples de fissures causées par des charges Caméras pour inspecter les trous de forage Paliers de pression des essais d'eau selon Houlsby Paliers de pression des essais d'eau selon Weaver Facteurs h considirer pour la correction de la pression Types de fissuration du barrage Daniel-Johnson
Calfatage Point de souture ou dtitchingn Ajout d'armature conventionnelle Ajout d'armature précontrainte Trou de forage interceptant des fissures Fisbures hortzontales et fissures verticales Injection d'une fissure horizonrüle Particules s'i.c«ulant dans une fissure Types de fluide.; Profil de la distribution de la vitesse d'écoulement Modes de rupture des coulis d'injection Effets de Iü tenip6rature
Circuit typique pour l'injection de coulis de ciment Fonctionnemeiii d'un malaxeur colloïdal Agitateur typique Pompe de type Moyno Fonctionnement d'une pompe h piston Fonctionnement d'une pompe à bélier
Fonctionnement d'une pompe h diaphragme Réseau du système d'acquisition de donnée Injection descendunte sans obturateur
Figure 4.10
Figure 4.11
Figure 4.12
Figure 4.13
Figure 4.14
Figure 4.15
Figure 4.16
Figure 4.17
Figure 4.18
Figure 4.1'9 Figure 4.20
Chapitre 5
lnjection descendante avec obturateur
Injection ascendante
Injection en circuit
Injection selon le «MPSP
Phases successives de colmaiage lors de I'injection par la méthode classique d'une fissure plongeante
Diffirents cas possibles durant une injection de type G.I.N. Évolution du débit dans le temps Débit élevé sur une période prolongée
Débit incontrôlable causé par une fuite ou des dCplacements
Traitements des anomalies
Courbes du débit et de la pression
Figure 5.1 Réseau des equipements et des inztrunients
Chapitre 6
Figure 6.1 Figure 6.2
Figure 6.3
Figure 6.4
Figurc 6.5
Figurc 6.6
Figurc 6.7
Figure 6.8
Figure 6.9
Figure 6.10
Figure 6.11
Figure 6.12
Figure 6.13
Figurc 6.14
Dalle 31 dans le bâti métallique
Courbc d'isopénitration (sec) de la dalle 31 Profil de la presrion au début de l'injection ;iun diffCrcnts
points sur la dalle 31
Profil de la pression 3 la fin de l'injection iiux dil'fCrcnts points sur I;i dalle 31
Courbe d'isopression (kPa) au début it = 13 niin) de l'injection de la dalle 31
Résumé du deroulement de I'injection de la dalle 3 1
1)alle 32 dans le bâti metaIlique
Courbe d'isopénétration (sec) de la dalle 32
Courbe d'isopression (kPa) au debut ( t = 34 min)
de I'injection de la dalle 32
Résume du d6roulement de l'injection de la dalle 32
Dalle 33 dans le bâti m6tallique
Courbe d'isopénétrarion (sec) de la dalle 31
Courbc d'isopression (kPa) au début i t = 28 min)
de I'injection de la dalle 33
Résumé du dGroulement de I'injection de la dalle 33
Liste des tableaux
Chapitre 2
Tableau 2.1 Clnssification des fissures intrinssques Tableau 2.2 Interprétation des essais Lugeon
Chapitre 3
Tableau 3.1 Critères de pénétrabiliri
Chapitre 4
Tablcau 4.1 Esais sur les poudres de ciment Tableau 4.2 Essais sur les coulis frais Tablcau 4.3 Ebsüis sur les coulis durcis Tablcau 4.4 Avantages des diverses procfdures Tablcau 4.5 Inconvfnirnts des diverses procCdures Tablcau 4.6 Presion de refus
Tablcau 4.7 Iiiiportance des di.bits
Chapitre 6
Tableau 6.1 R&uni& des injections des grandes dalles ii l'Hydra-Qufbcc
1.0 Introduction
Tous les ouvrages de béton vont éventuellement souffrir de dégradations qui peuvent
affecter leur apparence, leur durabilité et même leur performance. Les causes d e ces
détériorations sont d'origines physiques, chimiques. biologiques ou stmcturales. L a
fissuration, qui se manifeste sous diverses formes, est I'une des principales causes d e
dégradation et peut parfois apparaître dès la mise en place du biton.
Les barrages en béton. poids ou voûte, n'ichappent evidemment pas h ce phénomkne.
C'est pourquoi il importe d e les inspecter régulièrement, comme toutes autres structures
d'ailleurs, pour évaluer jusqu'h quel point ils peuvent Stre affectés. Ces inspections sont aussi
trts utiles puisqu'en plus de permettre de déceler des problèmes potentiels, elles permettent de
diagnostiquer la ou les cause(s) de ces probl5mes. De cette manière, le choix des produits.
équipements et methodes d e réparation pour des travaux efficaces et durables risque d'êtrc
plus judicieux.
L'injection est I'une des méthodes de répnration du béton les plus prisées. Quoique
simple en théorie. cette technique devient difficile à appliquer etant donne que les
informations nécessaires sur le milieu h réparer sont limitées et qu'il existe d e nombreux
produits, équipements et m2thodes d'injection. De plus. I;i plupart de ceux-ci sont plutôt
adaptés 4 I'injection du roc ou d e sols granulaires. ce qui rend nécessaire d'étudier plus en
ditails I'injection des fissures dans le béton.
Ainsi en 1987. Hydro-Québec a décidd d e inetire sur pied un groupe d'études dans le
cadre du projet de recherche: Dir~eloppenie~rr des n~Crhr~dc*.> c8t c1r.s prodrrirs d'injecrion h r s
les sirrrcnires PI: héroll pour étudier et évaluer les produits. le.; équipements et les méthodes
d'injection. Ce projet de maîtrise fait partie de ce projet. mais plus d'emphase a été mise sur
l'étude des mCtliodes d'injection. C e mémoire traitera d'ûhord ;il1 chapitre 2 de h fissuration
du boton en général et de celle des barrages en particulier. Piir I;i suite. on decrit au chapitre 3
quelques techniques de rS-parations. dont I'injection. Le chapitre 4 est pour sü part consacre ù
I'injection du hiton et on y traite des produits, des équipeiiients et des méthodes d'injection.
Suivent ensuite au ch;ipitre 5 un résumé des essais cil Iüboratoire antérieurs et les procédures
expérimentales de la simulation en laboratoire de I'injection de grandes dalles de béton. Les
résultats des différentes injections sont présentés et analyses ail chapitre 6. Finalement au
chapitre 7. on termine avec les conclusions et les recomni;indarions génfrales.
2.0 Fissuration du béton
La performance du béton ne doit pa?, seulement rtre jugée qu'en fanction de VJ
résistance en compression. Toute structure doit aussi Ztre durüble, i.e. Ctre capable de
mainteni: un niveau de service pour une certliine période de temps: la structure doit résister
durant sa vie utile aux forces appliquées et aux effets de son environnement sans subir de
dttériorations excessives ou de ruptures. Les principaux facteurs qui peuvent affecter la
durübiliti des structures de béton sont regroupés en quatre groupes, soit ceux relié3
[Mailvaganiim. 1991 1:
i la conception:
aux pratiques de construction:
aux canctérisriques des mlitériaux:
aux cond;:ims d'exposition et d'exploit;ition.
La détérioration, ou n'importe quel changement néfaste des propriété?, intcaniques.
physiques ou chimiques h la surface ou il I'inttirieur d'une mnsse de béton, peut être ;iss»cite h
une des phases de la vie d'une structure: conception. construction ou exploitation. Les effets
peuvent Ctre visibles ou non et appliriiissent sous trois formes différentes: la di.sintLgriition.
l'éclatement ou la fissuration qui peuvent appüroître sép:irément ou siiiiult;inéinent. Dons ce
chapitre, l'emphase sera mise d'abord sur la fissuratioii du béton et ensuite sur la fissuration.
qui affecte les barrages.
2.1 Causes de la fissuration
Des fissures apparaîtront ausbitot que la déforniation en traction ou en cisaillement
imposée dépassera la limite de la déformation en traction ou en cisaillement du béton.
Différents mécanismes peuvent engendrer de telles déformations comme [CEB. 19931: - les mouvements généris ù l'intérieur du béton créés par le retrait.
l'expansion ou la contraction lorsque celui-ci est soumis B des
variations de température ou au retrait plastique;
l'expansion d'un matiriel noyé dans le béton, comme d m s le cas de
la corrosion de l'acier d'armature ou le gonlleinent du béton r6siilt;int
de la rkaction alcali-grünulats:
les conditions externes comnie les charges ou les déformations qui
induisent des contraintes.
Les deux premiers mCcanismeh vont r6sulter en des fissures intrinsèques alors que le
dernier cause des fissures extrinséques, le tableau 2.1 et la figure 2.1 montrent d'ailleurs plus
en détail sur une structure les principaux types de fissurntion et leurs caractéristiques.
",YIIIC
Figure 2.1 Exemples de fissurations intrinsèques d'iine structure (CEB, 1993)
de béton
Ces mécanismes peuvent commencer ù agir immédiatement aprés le mal;ixage du
hCton. mais celui-ci est particuliéreiiient vulnérable durnnt la pCriode où i l commence h
durcir: cette période est critique puisque le béton a une très faible rCsistance en tr:iction qu;ind
il est soumis à une certaine déformation. Les fissures peuvent Ctre classées selon leur
[Maiivagünam, 199 Il: - orientation: - longitudinale: - transversüle; - verticale: - diagonale; - ;iICatoire: - occurrence: - fissures niultiples: - fissure unique: - profondeur: - de surface: - profonde: - traverse la membnire au coinplel; - ouverture: - très fine < 0.5 mm; - fine < 0.5 mm à I mm: - moyenne I à 2 mm; - large > 2 mm; - h t : - active (s'ouvre et se referme selon les conditions); - morte (pas d'évolution ou se stabilise avec le temps): - progressive (s'élargit avec le temps).
L'ürbortscence des principaux types de fissures est i l lustrk h la figure 2.2 et montre
bien que les fissures apparüissent soit dans la phase plastique du bCton ou soit quand celui-ci
est durci.
Figure 2.2 Arborescence des principaux types de fissurütion du bdon (Adaptée du CEB. 1993 et de Mailvüganam, 1991)
2.1.1 Fissuration d u béton plastique
Les fissures par retrait et celles par ségrégation sont différentes, bien qu'elles fassent
toutes deux leur apparition dans la phase pl;isiique du béton au nioment où celui-ci est
p;iriiculièrement vulnérüble.
Fissures plastiques p a r retrait [ACI. 19841
Les fissures plastiques par retrait affeclent surtout les éléments de béton ayant une
grande aire d e surface, comme le:; dalles ou les planchers. quand il y :I une perte rapide
d'humidits occasionnée par un faible taux d'humidité. par le vent ou par une tenipirature
fle\-Sc. Ce retrait, qui apparait avant la finition finale et avant le debut du inûrissement, est
causé par I'bvaporation de I'eau à la surface du béton frais trop rapide pour que celle-ci soit
compens6e par I'eau de ressuage. La fissuration apparaît puisque le biton sous le béton de
surface qui siche impose une restriction de mouvenient r&sultnnt en des contraintes de
traction excessives dons le biton. H.abibituellemeni, ce type de fissure n'affecte que la suriace,
inais il peut aussi arriver qu'il traverse compli.tement un &liment.
Fissurcs par ~Ggrégation [CEB, 199.11
Quant aux fissures occasionnées par la ~Ggrigation, elles iipparaissent qu;ind le
changement de volume, provoque par le ressuage induit par les particules de béton qui
tendent à se déposer sous l'influence de l'attraction gravitationnelle, est restreint soit par
I'arniature ou par les coffrages. Ces fissures sont longitudinales et se retrouvent surtout sur des
Cléments épais.
2.1.2 Fissuration du béton durci
Tous les autres types de fissure vont faire leur apparition une fois que le béton coininence à
durcir.
Fissures par retrait de skhage [ACI, 19841
Ces fissures sont causées par un retrait r&sultant d'une perte d'humidite de la pitc de
cinient qui est restreint par les autres parties de la structure ou par la base. Le retrait de la pâte
de ciment, elle-inSrne, peut atteindre jusqu'à I % par unité de longueur, mais les granulots du
béton permettent de réduire ce retrait à environ 0.05 %. Dans le cas de structures plus
inassives. les contraintes de traction sont engendrées par un retrait diffkntiel entre la surface
et l'intérieur.
Fissures causées par des reactions chimiques [Mehta, 19931
Cette forme de fissuration est causee par l'expansion des produits de réaction h
l'intérieur de la masse de béton durci. Ces produits proviennent des rénctions chimiques entre
les granulats, le ciment, les adjuvants ou de tous les autres agents entrant en contact avec le
b6ton une fois celui-ci durci. Ces fissures auront ensuite pour effet d'augmenter la
perméabilité du béton. ce qui le rend le bbton encore plus vulnérable.
De cette rnanikre, lorsque la silice des granulats el les alcalis du ciment riagissenr entre
eux, il en résulte un gel expansif qui draine l'eau des autres portions du béton. Ce gel cause
donc une expansion locale avec les contraintes de traction qui lui son1 associCes. Cette
riaction alcali-granulats se retrouve sous trois formes distinctes:
alcali-carbonate;
alcali-silice:
alcali-silicate.
L'attaque des sulfates contenues dans les eaux ou les sols agressifs est une autre cause
de fissuration provoquée par des riactions chimiques. En effet. la formation d'ettringite ou de
gypse engendre une augmentation de volume qui peut provoquer la fissuration. Les équations
rigiswnt la formation de ces produits expansifs sont:
Efrriirgir~
C 3 A . C S . H 1 8 + 2 C H + 2 s + 1 2 H -t C 3 A . 3 C S . H3?
C 3 A . C K . H I 8 + 2 C H + 3 S + I I H -> C 3 A . 3 C S . H32
o ii
A = ~ 1 2 0 3 F = ~ q 0 3
s = s03 H = H ~ O
G\pse
II arrive aussi que le dioxyde de carbone combine avec Ics Iiydroxydes de calciuni de
Iü pire de cimenl hydraté pour former du c;irbonate de calcium, inüis itant donné que celui-ci
wcupe un volume moins important que l'hydroxyde de cnlcium, i l s'ensuit un retrait.
Fissures causées par les conditions climatiques [ACI. 19841
Le belon est aussi affecté par le> cycles dc gel-digel. La dégradation est occasionnée
par ic gel de l'eau düns la pâte de cimeni. dans les granulats ou m h e dans les deux à. la fois.
Ainsi. les dommages dans la pite de ciment sont produits par la migration de I'eau \,ers les
sites de gel ou par la formation de cristaux de glace qui crée des contraintes de traction par
augmentation de volume. Pour leur part, les granulats, comme ils sont saturis d'eau et comme
ils sont enrobes de pite de ciment qui empSche I'eau de s'ichapper, vont prendre de
l'expansion durant le gel. Cette expansion peut fissurer soit la pile ou le granulnt.
La fissuration peut aussi etre engendrée par des cycles de mouillage-sèchage ou par
des cyclages thermiques. Ainsi, si le changement de volume qu'ils causent est suffisant, des
fissures pourrüient apparaître.
Fissures cÿusécs par la corrosion de I'armature [ACI. 19841
Habituellement. l'acier d'armature noyi dans le béton ne se corrode pas puisqu'il est
protegé par une couche d'oxyde dans la passivité qu'offre cet environnement très alcalin. Par
contre. cette passivité peut Stre altérée par la carbonatation ou des ions agressifs comme les
chlorures. C'est seulement une fois cette passivité altirée que le processus de degradation peut
dibuter. Cependant. la corrosion, un procidi électrochimique. requiert la prisence d'un agent
oxydant. de I'eau et d'un flux d'électrons dans le métal pour iivoir lieu. C'est ainsi qu'une sr'ric
de réaction\ chimiques ont lieu sur ou prks de la surLux de l'armature d'acier, conime le
montre In figure 2.3.
Figure 2.3 Processus de corrosion de 1';irmature (Adaptée de Mehta, 1993 et du CEB, 1993)
Aux point\ appelis anodes. il peut en effet y en avoir plusieurs sur chaque barre
d'acier. le mital psrd des électrons pour former des ions dari\ la solution adjacente.
Anode Fe + Fe" + 2e- (2 .7 )
À d'autres points, les cathodes, l'oxygène et Veau se combinent aux électrons libres
pour former des ions hydroxyde. Ces derniers vont migrer dans la solution vers l'anode où ils
forment avec les ions de métal des oxydes. Ainsi. la rouille (oxyde de fer) se depose 5 l'anode
et cause une augmentation de volume qui crée des contraintes résultant en des fissures radiales
autour de l'armature.
Cathode 0, + 2H,O + 4e- + 40H' (7.8)
Ces fissurrs peuvent se propager longitudinalement et causer la délamination du
béton. Ces fissures vont. par la suite, permettre ù l'oxygène, l'eau et les chlorures d'atteindre
plus aisément I';irmature ce qui permet au processus de continuer et méme de s'accélérer.
Fissurcs causees par des pratiques douteuses de construction [ACI. 19841
Des fissures peuvent aussi se former si les règles de I'ürt de la constmction d'ouvrages
de béton ne sont pah respectées. La plus douteuse de ces pratiques est l'ajout d'eau au béton
pour améliorer \a iiinniabilité. Cclte pratique engendre des effets nflüstes comme une perte de
rfsistance ou une augmentation du retrait. Si en plus on augmente la quantite de ciment pour
contrecürrer ces effets indfsirables, il en résultera une difffrence accrue entre la tempériiture à
la surface ct celle B I'int&ieur de la masse de béton. ce gr;idient de tempfrüture crfe des
contraintes de traction pouvant éventuellement faire fissurer le bfton.
II arrive ausai que I'on néglige ou que I'on prenne B la Ifgére Ic niûrisscment. Ceci doit
être Gvité puisquc ccla ciiirliîne une augmentation du retrait h un monient où la rfsistüncc du
béton est plut13 Paihlc. Une pfriodc de mûrissement inadiqiiûte entraine une baisse de la
résistance à long terine inan aussi une réduction notable de 1;i dur:ibilité.
Fissurcs causées piir des surcharges durant la construction [ K I . 19841
Ces surcharges peuvent parfois ?Ire beaucoup plus iiiiportantcs que les charges pour
lesquelles Ics eli.mt.nis on1 616 conçus. De plus, ces wrcbarges se produiscnt souvent quand le
béton est jeune et qu'il c\t le plus vulnérable.
Les ilfilienth en hfton prémoulés sont particuliéremcnt sujets h cette forme de
fissuration. En effet. lors de leur transport s'ils ne sont pi\ manipulfs ou entreposi.?;
correctement. ils peuvent Ctre soumis à des contraintes pour Iesiliiels ils n'ont pas étf conçus.
Le béton précontraint. pour sa pm. peut se fissurer au moment SI la précontr;iinte est enlevie
sans se prfoccuper de la sfquence dans laquelle les cables sont reliches. Quant au biton coulé
en place. il peut lui aussi Are soumis h des surcharges durant la constmction. qui peuvent
provoquer des fissures. Ces surcharges sont sunout induites par le storage d e matériel et pür
l'opération de certains équipements.
Fissures causées p a r des e r reu r s d e conception [ACI. 19841
Pour concevoir adéquatement des éléinents de béton. il faut vraiment comprendre
comment se comporte la structure. Malheureusenient. il arrive souvent qu'on niglige cet
aspect. ce qui peut risulter dans une fissuration qui compromet non seulement le niveau de
acrvice de l'ouvrage nu i s qui peut aussi aller jusqu'h de.; ruptures çüt;istrophiques.
Habitueilenient. les fissures de cetle nature sont causées par des concentnitions trop
élevies d e contraintes suite h une niauvaise conception de I'ariiiature. dcs joints de
constmction ou des fondations.
Le mouvement d'éléments mal conçus sujets à des changements de volunie causés par
une variation de la température ou du taux d'humidité est aussi responsnblc de contraintes de
traction capübles d e fissurer le béton.
Fissures causées p a r des charges appliquées [CEB, 19931
II est bien connu que le béton sollicité en tension, en flexion. en cisüillcinetit ou iiiCinc
en torsion est susceptible de se fissurer. Le béton peut aussi se fissurer si les contraintes locüles
deviennent excessives comme dans le cas des contrüintes induites par la précontrainte du
béton. Les fissures qui en résultent sont illustr6es h la figure 2 . 4
tnl Plcrlon ovrc
Figure 2.4 Exemples de fissures causées par des charges (CEB, 1993)
2.2 Méthodes d'investigation
Avant d e réparer des fissures. il est primordial de déterminer leur emplacement. leur
étendue, leurs causes et la pertinence d e les rGparer. Pour ce faire, on doit calculer les
contraintes engendrées par les différents cas d e cliar!pnent et consulter les plans. les devis
ainsi que les registres de consimction et d'entretien.
2.2.1 Inspection visuelle [ACI, 19841
L'inspection visuelle s'avére un moyen simple et efficace de déterminer l'emplacenicnt
ci l'étendue des fissures superficielles. Pour y arriver. i l suffit d e localiser et d e noter
l'ouverture des fissures sur un dessin. II est aussi intéressant de n o t a I'emplaccment des t;tches
de rouilles, d e l'armature ù nue ou d e tout auires détériorations de surface. Si ndcessaire. des
photographies peuvent compléter 1'ir:apection.
Des outils sont d'ailleurs disponibles pour faciliter ce travail. Ainsi, un comparateur de
fissure avec ou sans microscope est trks utile pour déterminer l'ouverture des fissures. alors
que les indicateurs d e mouvement, soit mécaniques ou dectriques (LVDT). zervcnt o indiquer
In direction et In grandeur du inouvement d e ces iïssures.
2.2.2 Inspection destructive
Suite aux inspections visuelles qui ne fournissent que l'information sur les fissures
superficielles. des inspections destmctives peuvent suivre pour compléter I'dtude. 011 proci.de
alors ;iu forage de trou. d'où seront extraites des carottes. Autnnt les trous que les carottes sont
utiles pour déterminer la présence. I'étendue et la profondeur des fissures. Divers ebsais el
analyses peuvent être conduits bur les carottes pr6levGes dans les zones saines et dégfiidfes,
dont entre autres [ACI, 19841:
essais d e compression ou de t rxt ion pour évaluer la qualitd du belon:
analyses chimiques pour déterminer la présence de chlomres pouvant
indiquer la corrosion de l'armature;
analyses pétrographiques pour determiner la présencc d e produits de
la riaction alcali-granulats ou de d'autres réactions agressives.
Les trous de forage, quant B eux, peuvent Ptre inspectes pour évaluer avec précision
l'ouverture, l'emplacement et l'inclinaison d e la fissure. Diverses techniques sont accessibles
pour ces inspections, comme [Houlsby. 19901:
une caméra vidéo que l'on descend dans le trou de forage. Deux
types de caméra existent, comme le montre la figure 2.5.
un périscope qui comprend des tubes et un miroir descendus dans le
trou. Le principe est le mPme que celui des caméras dotées de miroirs
inclinCs.
Figure 2.5 Caméras pour inspecter les trous de forage (Houlsby, 1990)
De plus. depuis plusieurs décennies déji. les esstis d'eau sont utilisés pour t5\,üliier I L I
perméabilitt5 dea milieux ù traiter ù l'aide d e I'injeciion. Ces essais sont effectués scI«ii une
procédure établie s'adaptant au rililieii:
l'essai Liigcon pour les milicux fissiirLs (roc-béton)
l'essai Lefronc pour les milicux grünulaires (sol).
Plu:;ieurs ;iuteurs. dont Ewert [Ewert. 19921. Lonibürdi [Houlsby, 19901 et Hoiilshy
[Houlsby, 19901. jugent que les cssais d'eau en eux-niCnies ne sont pas suffisants pour t5vitlucr
un milieu donné, ils doivent Cire ;inalysi.s en parallèle a w c les résultats d'études géologique\
ou d e d'autres méthodes d'investigation, cornnie celles des carniras ou des périscopes qui
permettent de v i sua l iw les fissures. De plus. ils jugent que la valeur d e perméabilité obtenue
de ces tests n'est pas absolue et qu'il est très difficile ù partir de cette valeur. voire impossible.
d e trouver une relation pour déterminer le coefficient de cc,iductiviié hydraulique dcs
milieux étudiés ou une relation qui puisse prédire la quantité d e coulis nécessaire pour
l'injection. Toutefois. ces essais demeurent tr&s utile\ pour diterminer la pertinence ou les
conséquences d'une injection et sont aussi trks simple à réalise;. D'ailleurs des essais plus
sophistiqués e t dispendieux ne donnent guère des risultats plus précis [Houlsby. 19901.
Essai Lugeoii
Les principes de cet essai ont été itablis en 1933 par un Franqais nommé Maurice
Lugeon. Cependant. il en avait seulement tracé les grandes lignes. mais il avait, par contre.
difini l'unité d e mesure et soumis une interprétation des résultats. Depuis c e temps, les
proc6dures ont été quelque peu changees pour s'adapter aux diffirents milieux et ont 5.16
normalisées. L'unit6 de mesure, le Lugeon (Lu). a cependant été conservée, soit I I/min/m à
une pression d e 10 bars ( l MPa) [Houlsby, 19901.
II existe deux grands types d'essais Lugeon [Weüver, 19911:
l'essai explorütion pour évaluer la permhbilité d'un site; - I'ess;ii préliminaire qui précède une injection.
Essai exploratoire
On rh l i se un essai d'eau exploratoire de type Lugeon. plus complet qu'un simple essai
préliminaire, pour [Weaver. 19911:
diclder zi l'injection est pertinente ou non:
* déterminer les pressions critique et in;iximale;
* 6v;iluer I'iinportcince du riseau d e fissures;
identifier Icz anomalies (dilatation. fuite. Crosion. fracturation);
vérifier si les standards d'imperméabilité ont été atteints durant Ics
injections prCcédentes:
Cvaluer le \'olume de coulis nCcessaircs.
II existe plusieurs procédures pour effectuer cet ezsai. Ln méthode la plus simple
consiste à tester un trou pendant qu'on le fore. Ainsi, on utilise la procédure des püsscs
descendantes (section 4.4.2) où seulement un obturateur est installé pour isoler une longueur
de section d'environ 5 m. On peut aussi réduire la longueur des sections pour obtenir des
iiiformations plus p réc ixs ou les allonger si. e t seulement si. on sait que le réseau de
fissuration est uniforme. Sur d'autres sites. on peut @tre obligés de tester des trous dé j i
existants. on doit alors u t i l i w deux obturateurs pour isoler la longueur d e trou nécessaire b
l'essai. Cette méthode peut sembler plus simple et plus rapide. mais les résultats sont pluti>t
incertains [Houlsby. 19901. Ainsi. à chaque section, on applique cinq paliers de pression de
10 min chacun. comme le montre la figure 2.6. Dans la plupart des cas. il importe que la
pression appliquée durant ces essais varie selon le milieu et la profondeur. Tout au dtbut.
Lugeon avait suggéré d'utiliser en tout temps. une valeur de 10 bars (1 MPa ou -150 psi).
mais cette valeur est beaucoup trop tlevée pour un usage généralisS. elle poiirnit entraîner des
dommages. C'est pourquoi, on se réfere plutôt au principe général (section 4.5.1) et on se doit
d'utiliser des pressions inférieures h celles qui auraient Sté utilisies pour une véritable
injection. en s'assurant toutefois que la pression utilisée est toujours 20 %- plus tlevée que la
pression de la colonne d'eau imposSe par le r i seno i r s'il y en a un [Ewert. 19921.
Figure 2.6 Paliers de pression des essais d'eau selon Houlsby
D'autres vont préconiser un essai comprenani plus de paliers [Weaver, 1991). En effet.
des ingtnieurs suisses préferent recourir h un Sventail de pressions plua viiriC. ils utilisent donc
9 paliers h des pressions définies, comme le démontre la figure 2.7.
Figure 2.7 Püliers dc' pression 'des essais d'eau scloii Wcaver
Pour interpréter les rCsultats. on peut soit calculer la v;ileur Lugeiin ou tracer la courbe
du débit (Q) en fonction de la pression (P). Certains auteurs. comme H o u l s ~ j [Houlsby.
19901 prifkrent de beaucoup calculer les valeurs et trouvent futile le iragage de cette courbe
P-Q. Par contre, d'autres auteurs conime Ewert ou Kutzner [Ewert. 19921 aiment interprtter
les rt5sultats en traqant la courbe P-Q et en calculant la valeur Lugeon en tenant compte de la
correction h apporter 4 la pression. ce que Houlsby, mzme s'il admet en tenir compte dans son
interprétation, trouve inutile [Houlsby. 19901. Ewert est aussi d'civi\ qu'il est absolument
nicessaire d'analyser les risultats en tenant compte de la giologie ou de la fissuration du
milieu.
L'Cquation suivante est utilisée pour calculer la valeur de perméabiliti en Lugeon
(Lu): 1o.v N=- (2.9) P.L.r
où P = pression (bars)
V = volume d'eau absorbée (litre)
L = longueur de la section (m)
t = temps pour absorber le volume d'eau V (min).
La valeur de la pression (P) peut Gtre c0rripi.e en fonction de la pression
hydrr?statique, de la perte de pression par la friction des tuyaux et celle causie par la nappe
phriatique (Figure 2.8)
Figure 2.8 Facteurs h consid6rcr pour I;i correction de la pression (Adaptie de Ewcrt. 1997)
La pression corrigée pour un test sous la nappe phréatique ze calcul comme suit:
pi=P + P -P,y-Pr 1?1 h
où Pt = pression corrigée
Pm = presion lue au manomlitre
Ph = pression hydrostatique
Pw = presson causée par la nappe phriatique
Pr = perte c u s é e par la friction des tuyaux.
Alors que si l'essai est effectué au-dessus de la nappe phréatique (P, = O). la pression corrigée
devient:
Pr = 9,l
L'interprétation des risultats. quelque soit la méthode p rkon i sée , permet non
seulement d e déterminer la valeur Lugeon, mais aussi d'identifier des anomalies. La valeur
trouvée permet donc de déterminer s'il est nécessaire ou non d'injecter, la valeur limite admise
où l'injection est prescrite étant 1 Lu. On peut aussi d m e r quel sera le débit d'injection,
toutefois il faut considérer la rhéologie du coulis et le fait qu'il peut y avoir une fissure
importante ou plusieurs fissures fines. Le tableau 2.2 montre les différents comportements et
anonialies possibles selon les auteurs.
Essai préliminaire
L'essai préliminaire, pour sa part, est un essai semblable i l'essai exploratoire. niais
siinplifii. Habituellement, on teste chaque section de chaque trou et il permet [Houlsby. 19901
et [Weavcr. 1991 1:
d e déterminer la permCabiliié d e chaque section et de \,air si elle
correspond avec celle assuni6e durant la conception:
. d'identifier les fuites possibles, les coinmunications possibles entre Ics
diffirents trous ou autres anomalies:
de virifier si l'équipement fonctionne bien;
de saturer le milieu à injection.
Ln pression recommandée par Houlsby est de I bar (100 kPa) ou moins si Ic milieu
iiioiitre de trop faibles propriétés niécaniques. I I auggkrc aussi d e prendre des lectures de
d6bits i S. 10 et 15 minutes et d'interpréter les rCiultats de la façon pr6conisi.e pour Ici css;iis
d'cxplor;iiion.
Essai I~franc
L'essai Lefranc se compare à l'essai Liigeon. mais s'applique seulement aux niilicux
granulaires. La caractéristique d e ce milieu ehige d'ailleurs l'emploi d'un tuhe pour pruckier i
I'ewii. qui a généralement lieu au fond du forage ou i travers une section excinptc de tuhe.
Pour réaliwr I'essai. on peut appliquer une p res ion constante ou variable. O n calcule par la
suite la pcrmiabilité en fonction de la forme de la zone étudiée et d c la nature de la pression
app l iquk [Mnif, 19961.
Tableau 2.2 Interprétation des essais Lugeon (Adapié de Mnif, 1996 et Ewert, 1992)
Ewcrt
Cas
É C ~ ~ U I C I I ~ C ~ I Lmiinaim
Écoulenieni turhulent
Rcniplis\nge ilcr vidcs
Trznspori de panicules
Fracturaiion Iiydmuliquc
Dilaiaiion
Fuites i travers les ohturntcurs
>
Houlsbg et lSRhI
Paliers dc pression
Courbes P-Q
Cas Courbes P-Q
Cas Courbes P-Q
Valeurs Lugeons
Kcinpliwg8 der vides
Délormxior Clariique
Érosion ou Iissur;ition
-
Milieu pcnnéahle
Érosiun
Fr;iciuratior
Dilxtaiion
\ccumulaiii) le déhris
-
2.2.3 Inspection non destructive
De plus en plus maintenant. on utilise les méthodes d'inspection non destructives pour
déterminer l'emplacement, l'étendue et la profondeur des fissures ou des détériorations.
Diwrses ni6thodes existent dqà, mais pour avoir des résultats plus représentatifs. il est suggéri
d'utiliser plusieurs méthodes pour inspecter une structure. Les mithodes non destructives les
plus comniunes pour la détection de fissures ou détériorations internes sont:
ninri~~uir: cette méthode consiste à écouter le son qu'&net chacun des coups. Un
son sourd indique habituellenient une dél:iinination ou une fissure [ACI. I9Y4]:
ilemi-pile (ASTM C876): la demi-pile de cuivre-sulfate de cuivre est 1:i plus
utilis6e pour determiner le potentiel de corrosion de I'arm~ture à l'origine de
certains problkmes de fissuration [ACI, 19841:
irtGrlrodes c;/ecrror~r~igi~<:~i(~i~e.v: il ebt possible de iranstnettre des ondes
6lectromagnétiques (ondes radars) dans une masse de béton et d'enregistrer leurs
réflexions pour déterminer la présence de fissures ou de dél;iininntions. Un
systkine de ce type inclut une unit6 de contrôle, une antenne à transmisbion et à
réception. un oscillogcnphe et une source d'inergie. Chaque onde reflétée atteint
l'antenne à un temps différent. Ce temps d'iirrivée depend d'ailleurs de la
profondeur de l'interface et de la constante diélectrique du matériau qui a causé I:i
réflexion; [Hassani et al., 19961
r ~ i d l ~ o r l ~ pur r h e n i i r r ~ i in f ruro i r~~: cette niéthode est b:isie sur IL! principe
stipulant que la propagation de In chaleur est affectée par les :i~ionialies b
l'intérieur d'un mlitériaii. Ces difauts perturbent la circulation de la chaleur. ce qui
provoque des diffirences de température à la surface. Ainsi, en mesurant la
temperature à la surface, il est possible de détecter des délaminations ou autres
anomalies, niais il est par contre impossible de déterminer la profondeur ou
i'épaisseur d'une fissure; [Hnssnni et ;il.. 19961
inGrhodes iiircliriires: l'utilisation des ni6thodes nucliaires pour l'inspection non
desiructives est relativement récente. On assiste à une croissance de I'utilisation de
ces mithodes pour trouver des défauts dans les structures de bbton. Le fait que les
endroits denses absorbent une plus grande portion de la radiation que
les endroits moins denses est le principe h la base de ces mithode,. La
radiographie à rayons X ou h rayons GAMMA et la radiomitrie sont les
principales techniques employies dans le domaine de l'inspection d'ouvrages de
biton; [Hassani et al.. 19961
~ ~ i é t h o d ~ ~ s ii irltriiso~ts: ces m6thodes reposent sur le principe de I'icho des ondes
de propagation el de leurs temps de r6ception. Ainsi. en captant l'onde incidente 3
l'aide d'un transducteur et en mesurant le temps de voyage, i l est possible de
diterminer les caractiristiqucs des mütCriaux et de localiser leurs difiüuts. Ln
méthode Pulse Echo et la tomographie sonique sont les deux mithodes h
ultrasons les plus souvent employies dans le domaine du biton: [Hassani et :il..
19961
~ ~ i < ~ i h o i l e 111ipoi.r-Eclio: cette méthode est basie sur la propagation d'ondes de
con1r;iintes générées par un impact. Ainsi. un impact niécnnique g i n h de,
pulsations (ondes de compression et de cisüillement) qui se propagent dans le
matiriau sous la forme d'un train d'onde h61nisphirique aussi appelies ondes de
front. Ces dernieres sont reflétées en fernie d'icho par les interfüces internes ou
les bornes du spécimen. Ces 6chos vont produire des diplacements h I;i surface
qui sont captés par un récepteur et enregistris sur un oscilloscope numerique. Par
la suite. on transforme cette onde du domaine du temps au domaine de fr6quence
ii l'aide des transformations Fourrier d i s c r h (FFT). II devient alors possible en
:inülysant le spectre des amplitudes de fréquences captées d'identifier les
friquences dominantes de l'onde de compression servant B calculer la profondeur
des anotnalies: [Hassani et al.. 19961
2.3 Fissuration des barrages
Lü fissuration, inévitable dans les structures de béton, se manifeste sous diverses
formes (verticales. horizontnles, orthogonales, etc.) autant sur les barrages poids que sur les
barrages voûte et est le signe que ces barrages r&agisaent aux changements provoquis par les
variations volumitriques ou par les diverses charges vives ou mortes. Les fissures peuvent les
affecter ÿ. diffirents degris et profondeurs (h la surhce. h l'intérieur ou de bord en bord)
selon le type, la géomitrie ou le rôle de l'ouvrage, de plus elles peuvent apparaître pendant la
constmction, au cours de la mise en eau initiale ou durant I'exploiiation. [Boggs. 198.51
Les fissures qui apparaissent durant la constmction. peu importe leur type, résultent
ginirülement des [Boggs. 19853:
- pra!iques de constmction: - cure inadéquate (birrra,qes poids c l iwîre) - matériaux inadiquats ;
- etc.;
- variations volumétriaues: - retrait (srrrrorii hurr(r,qr~s poids) - gradients thermiques:
- etc.:
raisons stmctumles: - t:iasement différentiel des fondations. (sirrroirr burru,qrs iwîrre) - etc.
Une fois la constmction du barrüge terminie. l'ouvrage demeure sujet B se fissurer. En
effet dés la mise en eau initiale et inSrne durant l'exploitation, la structure s'adapte ;lux
conditions ;iuxquelles elle est soumise et c'est pourquoi d'autres fissures sont susceptibles
d'apporüitre. Les différentes causes proviennent des [Cnrrere et al.. 19851:
variations des charges vives: - cyclages thermiques (srrrroiir b(rrr<i,qes i 'oiit~~) - niveau du réservoir
- etc.;
tremblements de terre; (Imrriigcu poids rr voîrre)
erreurs de conception: - géométrie (srrrtoirt hm-r<ige.s rwîrre) - fondation
- armature; - etc.;
dégradations du béton: - rküction alcali-granulats ( b i ~ r m g ~ s pr>irls et rwîtr) - ctc.
L'Lia1 et l'évolution des fissures dépendent beaucoup de ce qui les a causées. En effet,
des fissures produites par un retrüit ou pür un gradient thermique résultant de la chaleur
d'hydratation apparaissent durant la construction et demeurent habituellement siübles par la
suite [Carrere et al., 19851. De leurs c6tés. le cycliige thermique ou le cyclüge du nivcüii du
rhervoir créent généralement des fissures actives dont la largeur maxiniale évolue t r h peu.
Quant iiux fissures causées pür le gonflement du béton comme dans le cas de la rkction
alcali-granulats, elles appüraissent génirülement iürdivement, par contre elles vont progresser
réguliérement. Finalement. il arrive aussi pürfois que l'on observe des désordres soudains ou
anormaux.
II est donc essentiel, peu importe le type ou In taille de la structure hydraulique, de
suivre son comportement pour identifier le plus tôt possible les causes de tous désordres
potentiels pour une gestion ~Gcuriiaire et efficace de l'ouvrage. Pour ce Faire. on doit [Carrere
et n1..1985]: instrumenter l'ouvrage: - basemètres
- pendules - piCzomL.tres - fissuromèrres - etc.;
effectuer des recherches et des analyses en laboratoire:
- ciment - iiiatt5riaux de constmction - eaux - 1n2thodes de réparation - iii;itiriaux de réparation - etc.;
. effectuer des easais et des niesures in situ:
- inspections visuelles - carottages - mesures des contraintes - mesures des débits de fuite - etc.
Exemple du barrage Daniel-Johnson [Saleh et Lapointe. 19961
À titre d'exemple. les fissures les plus importantes du barrage Daniel-Johnson peuvent
Cire r5pertoriées selon leur type: contact roc-béton, oblique, parallèle ou plongeant:
(Figure 7.10).
Le décollement du contact roc-béton. que l'on doit colmater dès qu'il est constat6 pour
éviter des infiltrations résultant en des sous-pressions pouvant causer un éventuel soulèvement.
provient:
de I'hitirogénéité du roc et du béton;
des pressions hydrostatiques au niveau de la fondation:
de la conception du barrage qui sollicite le contact roc-biton en
traction.
Fissures obliques
Ces fissures, comme leur nom l'indique. sont des fissures horizontales en clef de voùte
qui s'inclinent progressivement jusqu'aux appuis. Leur origine slmcturale est liée h la
géomitrie du barrage et aux mouvements occasionnés par le cyclage thermique. Elles sont
situées dans la partie inférieure des voùtes du côté aval. Les fissures obliques ont éti obsrrvies
dans les voùies 5-6 et 7-8. Des infiltrations et des suintements par certaines de ces fissures ont
laissé des dipôts de calcite aprks assèchement.
Fissurc pnrnllèlc
Fissurc oblique
'ontact roc-h<iton
a ) coupe
Fissurc ohtiquc Fissure pnctll81ç
Fissurç plongcnntc \ \
b) vue en plan
Figure 2.9 Types de fissuration du bürrage Daniel-Johnson (Saleh et Lapointe, 1996)
Considérant l'origine thermique des fissures obliques dans le barrage, la réalisation
d'un confortement thermique au bas des voùtes du côté aval du barrage a été la solution
retenue pour arrster la progression de ces fissures. Des abris ont été installCs pour protiger le
bas de 9 des 13 voûtes sur une hauteur d'une trentaine de mètres. La température h l'intérieur
des abris était maintenue entre 10 et 1YC durant i'hiver au moyen de fournaises électriques.
D'ailleurs des 12 -1x .-n place des abris, on a remarqué une nette diminution de la progression
de la fissuration du parement aval. On évalue à 90 Ic la diminution du taux moyen d e
fissuration par rapport à celui observé par le passC.
La cause de l'apparition et de la propagation des fissures obliques de la voûte 5-6 a été
mise à jour suite h une analyse par éléments finis rialisée en 1981, qui a permis de dftenniner
que la partie infirieure du parement aval de la voûte Ctait en traction ce qui correspondait h la
fissuration oblique.
Fissures parallèles
Ces fissures sont situCes à l'intérieur d e la structure dans un plan plus ou moins
paralléle aux faces des voûtes ou des contreforts. Elles résultent d'une rupture du bc'ton
caractérisée par un claquage ou par des c'clats de bCton trouvés après la rupture. Trois fissures
de ce type ont été découvertes soit dans les voûtes 3-4. 5-6 et 7-8. Souvent ces fisiures sont
IiCcs B la géométrie du barrage. aux matCriaux de construction. à l'état de contrainte. etc. et
peuvent compromettre I'intégrite de l'ouvrage. De plus. elles sont difficiles B dc'tccter et i l
arrive souvent qu'elles soient dCjB à un Ctat avancé lors de leur détection. C'est pourquoi, il
importe de les réparer ou de les instrumenter pour suivre leur propagation.
Les fissures plongeiintes sont habituellement détectées par une augmentatioii di! débit
d'infiltration dans les zones où elles apparai\scnt. en particulier dans les drains de parenient
aniont en contact avec la fissure. Le\ fis\urc\ plongeantes coupent le pied des voûte\ plus ou
nioins perpendiculairement au parcnient amont et plongent vers l'aval. Elles sont
habituellement centrées sur les p h i en cl& de voûte et peuvent atteindre une aiiperficie d e
près de 450 m2. Elles sont toutes situc'ci pr?s de la zone du blocage 3 I'excepti»ii de la fissure
plongeante de la voûte 4-5 qui se trouve par endroit h 8 m du blocage (cette de rn ik t n'est pas
reconnue comme une fissure plongeante par certains spicial is tes d'Hydra-QuCbec).
L'ouwrture de ces fissures se situe entre O et 15 mm.
Les fissures plongeantes. comme I'unt démontré les Ctudes structurale.; ;~ntérieures.
rCsultent de la géométrie du barrage qui induit une résistance à la compression insiiffi\nnte à
I i i base des voûtes. L'inclinaison des voûtes et des contreforts fait en sorte que le poids propre
de I'ouvrage et la poussée hydrostatique \ont transmis par effet d'arcs. en grande partie. aux
contreforts el faiblement 4 la base.
3.0 Injection
3.1 Méthodes de réparation du béton
On sait que tous les éléments ou toutes les structures de béton peuvent se fissurer. Les
fissures sont souvent bénignes, mais il arrive qu'elles affectent [Mailvaganam. 19911:
l'esthétique;
I'étanchéitS:
la durabilité;
I'inlr'grité structurale.
C'est d'ailleurs pour ces raisons qu'on décide de réparer le béton fissurr'. niais avant de
proceder à des réparations. i l est impératif de déterminer [Mailvaganam. 19911:
Ia cause de la fissuration:
le but de la réparation:
la condition de la fissure (active, morte ou progressive):
le mode d'occurrence;
la direction et l'importance des futurs déplacementh:
l'environnement (micro et macro);
les effets de la riparation sur toute la structure.
II existe plusieurs tcchniqiies de rr'paralion qui doivent Ctre choi5iez sel011 les
caraciéristiques de chaque fisïure et de leur milieu. Dans cenains cas. i l peut mCmc miver que
l'utilisation de plusieurs techniqueh deviennent nr'cessaires. Voici quelques techniquc\ de
réparation de fissures [Mailvaganain. 19911:
* le çnlfat;ige:
I'épinglüget:
l'ajout d'nrm;iturc:
le <<drypliclin:
les traitements de surface et les revttements;
* l'injection:
Calfatage
Cette méthode trls simple. utilisée pour réparer des fissures dc surface mortes non
structurales, consiste à élargir la fissure exposée de manikre à la sceller en la remplissant avec
un produit adéquat, comme un polyuréthanne. un époxy ou un ciment. La technique est
illustrée i In figure 3.1 [ACI. 19841.
a) Firrurc b) Rouring c) Scaling
Figure 3.1 Calfatage (ACI. 1981)
Cette méthode peut Ctre env i sagk pour réparer des fissures majeures dans des
membmres sollicitées en traction. La procCdure exige que I'on tfore des trous de chacun des
côtés de In fissure. d e les nettoyer et d'y insérer des barres d'ancrüge en «U», qui seront
ancrées avec un coulis à retrait cornpensC ou avec un ipoxy. II est important de se rappeler
que cette technique, illustrie i la figure 3.2. ne permet pas de refermer ou de sceller une
fissure, i l ne fait qu'empZcher >a propagiition. Alors. il faut la sceller avant d'utiliser ce mode
de riparation.
' Firiurc
Figure 3.2 Épinglage (ACI. 1984)
Ajout d 'armature
Lorsque I'on répare une fihsure ù l'aide d e certc technique. il füut d'abord sceller
temporairement la fissure en surface. ensuite on doit forer des trou5 qui vont croiser la fissure
à environ 90' pour ensuite y insirer des barres d'armüture. L'étape wivante consiste h injecter
le tout pour ancrer l'armature el remplir la fissure. De cette manikre, la membmre de bCton
retrouve son intigritS. Ln figure 3.3 montre une membmre riparGe avec celte technique.
[Mailvaganam, 19911
Armaturc conveniionnelle
Figure 3.3 Ajout üarmaturc conventionnelle (ACI. 1984)
La technique de l'armature pr~contraitiite est préconisée pour solidifier de5
membrures ou pour refermer la fissure. On utilise de barres ou des cibles pour comprimer I:i
membmre à réparer, comme on le voit i la figure 3.4. II faut être prudent iorsqu'on utilise
cette technique pour ne pas déplacer ou créer des fissures ailleurs dans la structure. [ACI.
19841
Dalle Fissure
Figure 3.4 Ajout d'armature pricontrainte (ACI. 1984)
«Dry pack*
Avant d'utiliser cette methode de rkparation. il faut d'abord ilargir la fissure i environ
25 mm de largeur ei la nettoyer. Ensuite. on peut enduire la fissure d'une couche de couli5 ou
d'agent de liaisonncment justc avant d'appliquer le mortier dense de très faible rapport EIC.
qui est par la suite martelé pour le compacter.
Traitement d e surface et revêtement
On peut aussi réparer les fissures fines stabilisées en enduisant le béton fissuré d'une
couche d e produit d e réparation ou un re\-i-trment. Une large gamme d e produits. allant du
traitement t r h mince purement esthétique aux membranes trks épaisses, sont disponibles sur le
marché.
L'injection est aussi une méthode de réparation très prisée. Elle sera h d i é e plus en
détails dans les sections qui suivent.
3.2 Types d'injection
L'injection est une méthode de réparation qui consiste i injecter du coulis, un produit
qui durcira dans des cavités. dans le sol ou d m des fissures dans le but d'améliorer les
caractéristiques du milieu injecté, i.e. augmenter sa résistance ou son imperniéabilit6
[Nonveiller. 19891. Le concept en lui-menie est très simple: on fore des trous que I'on remplit
avec du coulis sous pression. La figure 3.5 illustre le procidi . Par contre, certains auteur5
comine Houlsby considèrent que, mime si cette technique fnit panie de I'ingénierie. elle tient
plus d e l'art. En effet. durant une injection. il est pratiquement impossible d e suivre
directement la phiétration puisqu'on ne peut pas voir cc qui se passe. [Houlsby, 19901
a ) forage d'un trou b) injection de ce forage
Figure 3.5 Trou d e forage interceptant de5 fissures (Houlsby. 1990)
Outre la réparation de fissures dans le biton. le sujet du prochain chapitre, on petit
utiliser l'injection à d'autres fins. noiamment pour [I-loiilsby. 19901:
réduire la perméabilité des fondations des barrages:
prévenir l'érosion des sols de la fondation:
augmenter la résiwnce du w l bous les fondations;
assister la construction des tunnels et des niines:
- remplir les joints de construction entre des masses d e béton:
réparer les effets d e la subsidence sous les structures;
bétonner dans des endroits difficiles d'accès;
remplir des ancnges dans le sol. le roc ou le béton;
fixer les cables de précontraintes;
remplir des cavités que le béton n'a pu remplir.
L'injection d'un milieu pulvérulent (sol), d'un milieu rocheux ou d'une structure se
ressemblent en plusieurs points, bien que ces milieux aient des caractéristiques passablement
diffirentes.
Par exemple. les milieux pulvérulents sont wrtout caractérisés par un pourcentage
élevi. d e vide d'environ 70 à 35 & et le succès de l'injeciion de leur injection repose surtout
sur le choix judicieux du produit le plus apte à remplir ces vides. Quant aux milieux rocheux.
caractirihés par un pourcentage d e vide dipassant riirement les 5 <7r e t piir une permi.abilité
presque nulle. ils sont gtnéralement des milieux plus ou moins homogènes comportani des
discontinuités (fissures ou cavités) qu'il faut injecter. L'injection du bCton se rapproche
beaucoup de celle des niilieux rocheux. En f i t . le bGtoii est considiri conimr un milieu
rocheux assez homogkne traversi d e discontinuités souvent identifiCes et localisées
pri.cisénicnt.
Par conire. peu iniporte le type d'injection, les principales phases sont:
investigation: - inspection visuelle; - inspection destructive - inspection non destructive;
décision d'injecter ou non:
conception: - distribution dcs trous de forage: - arrangement des \ectioii\: - méthode: - prCpnratifs;
- contrat;
. forage:
préparation du chantier;
équipement: - malaxeur: - agitateur; - pompe; - boyaux;
- instmments de lecture et systknie d'acquisition de données et de contrôle (pression, débit ou de déplacement);
- tête d'injection: - obtur;ateur;
. essai d'eau préliminaire: - mesurer la perméabilité: - indiquer les troubles potentiels; - trouver les infiltrations et les fuites:
dibut de l'injection: - recette initiale: - détection des problkmes possibles: - révision possible de la recette;
suivi en temps réel: - débit; - pression; - anomalies:
fin de l'injection;
analyse postmortem;
contrôle de la qualité;
iv;iluation de la performance h long terme
3.3 Qu'arrive-1-il durant l'injection?
Évidemment. Ic coulis d'injection ne circule pas comme Veau dans les fissures. En
effet. la plupart des coulis (chimiques ou b base de ciment) ont soit des particules etlou une
viscosité plus élwCe que I'eau. Les facteurs qui influencent le plus la pCnétration sont la
thixotropie ainsi quc la viscosiiC et la cohésion du coulis. Ceux-ci seront expliqués en dttail
dans le prochain chapitre.
Dans la partie qui huit, on traite de la facilité avec laquelle on peut injectcr de> fissure5
d'ouverture nppréciablc ou de\ fissures beaucoup plus fines.
3.3.1 Fissures d'ouverture üpprkiablc
Les fissures d'ouverture appréciable (plus de 2 min) ne peuvent pas étre toutes
injectées avec la i n h e aisance. En fait, on peut les siparer en fissures horizontales, inclinCes
ou verticales (Figure 3.6).
Des trois types, ce sont les fissures inclinées et verticales qui sont le plus facile i injecter
puisqu'elles agissent en quelque sone comme des drains. La pénétration du coulis est ainsi
facilitée étant donni que I'eau et le coulis plus maigre peuvent Ctrc déplacés vers IL: haut et
remplacés par du coulis plus ipais. Les fissures presque horizontales n'offrent pas cet
avantage, c'est pourquoi elles sont les plus difficile% à injecter. Au dtbut. le coulis peut bouger
sans encombre sous I'influence de la pression dan> le trou. Par contre. à mesure que le coulis
s'iloigne du trou d'injection. l'influence de In pression s'amenuise et la pénétration devient de
plus en plus difficile. Éventuellement, la limite de la pinétntion du coulis sera atteinte quand
la pression ne sera plus capable d'induire quelque mouvement que ce soit (Figure 3.7). Le
dCpôt de coulis à celte limite est de mauvaise qualit6 r t ressemble B un delta de fleuve. i. c.
qu'il est rempli de mCandres et de cordons d'eau. Pendant ce temps, le coulis continue B entrer
dans la fissure. mais ceci laisse peu de chance à l'eau de ressuage de s'2vacuer. Conime le
coulis ne bouge presque plus, il commence donc B durcir et l'eau d e ressuage s'en sépare. niais
elle n'a pas de place pour s'Cchapper verticalement. elle doit s'ichapper latéralement. ce qui
cr6e ces méandres et ces cordons. Habituellement. cette situation risulte en unc injtction dont
la durabilité et I'adhCrence i la pürtic supérieure Iaisscnt à dcsirer.
Figure 3.6 Fissures horizontales et fissures venicnles (Houlsby. 1990)
AU début de l'injection
IC -141 .',XlW. llh*",?",
I*uion rnlique du cwhr
a) PCnitration initiale
I.'eau SC sCparc du coulis i In limitc de pfndintion
ce qui produit un effet similaire au delh d'un fleuve
b) Phitration maxiniale
Le roulis cessc de s'écouler
\.Prcssion dans le trou dc forage
c ) ArrGt de la pinitnition
Figure 3.7 Injection d'une fissure horizoniale (Houlsby, 1990)
Quant aux fissures plus verticales. où le drainage est possible. le coulis .se propage
généralement de f a ~ o n radiale en suivant le trajet qui offre le moins de résistance. Les parties
les plus ouvertes sont donc remplies en premier et une fois que celles-ci sont pleines de coulis.
les fissures plus fines vont commencer à se remplir à leur tour. C'est pourquoi
qu'habituellement les fissures plus ouvertes sont niieux injectées et qu'il est important que le
rayon d'action de chacune des injections se chevauche pour s'assurer d'une ri.paration de
qualit$.
3.3.2 Fissures fines
Les fissures fines, des fissures d'ouverture de moins de I mm. peuvent aussi Are
injectées. Pour ces injections, il est souvent prescrit d'utiliser des produits chimiques qui ne
contiennent pas de panicules libres qui nuisent à la pénétration, cependant des couli!. à base
de ciment Portlÿnd ou mieux encore des coulis à base de cimcnt microfin peuvent aussi Ctre
injectés. Dans ces deux derniers cas, il est impératif d'utiliser des coulis de haute qualité
obtenus en ajourant des superplastifiants et en les mélangeant avec des m:ilaxeurs à haute
Gnergie.
a) Blocage par I'accumulation de particules
b) Blocage par un amas de particules
c) Particules lubrifiees s'écoulant librement
Figurc 3.8 Particules s'écoulant dans une fissure (Houlsby. 1990)
Dans le cas des coulis chimiques exempts d e particules, ceux-ci vont s'écouler au sein
d e la fissure fine comme le ferait I'eau, sauf qu'ils vont offrir plus de résistance h cause de leur
viscosité plus élevée. Les coulis h base d e ciment vont, pour leur pan, circuler librement
jusqu'au moment où des grains s'accrochent sur une des parois de la fissure qui devient plus
fine. Par la suite, dhutres grains aussi gros s'accumuleront derrikre pour ainsi résulter en un
blocage. La même chose peut se produire si un amas de grains circule dans une fissure qui
rCtr6cie. La figure 3.8 illustre ces phénomitnes qui sont causés par les surfaces rugueuses des
gros grains qui causent I'*interlocking,,, qui peut être évité si chacun des grains est enduit
d'une couche d'eau adsorbée. Dorénavant, les grains de ciment ne peuvent pas se toucher
directement c e qui évite I'ainterlock*. Le fait d'utiliser un malaxeur h haute énergie et des
superplastifiants va résulter en cette couche de lubrifiant qui aide h repousser les grüins des
parois des fissures et h réduire aussi les chances qu'ils s'y accrochent.
3.4 Facteurs affectant la pénftrntion
3.4.1 Caractéristiques de l a fissure
L'ouverture de la fissure à injecter influence d'abord le choix du coulis. En effet. ce
n'est pns tous les coulis qui sont aptes b colmater des fissures trits fines. II est d'ailleurs suggCrC
d'utiliser des ciments microfins pour injecter de fissures de moins de 0.5 mm. L'ouverture e\i
ilussi responsable d'une importante perte de ch;irge: plus la fissure est fine, plus la pression
d'injection va diminuer rapidement.
L'ondulation. la sinuosité. la rugosité et I'irrigulariiC des fissures affecte aiih.;i la
p6nétrabilité. Ce facteur provoque aussi une perte d e charge ce qui amitne le coulis 3 se
dCpurer plus rapidement que privu.
II peut arriver que le béton b réparer \oit poreux et qu'il absorbe une pünie d e I'eau du
coulib, ce qui a pour effet d'augmenter sa vi\c»iitG ainsi que sa cohésion et donc de diniinuer
sa pinCiration. On peut résoudre ce problénie en utilisant des coulis de rapport EIC un peu
plus &levé ou d e simplement vüturer le bCton cr. proc&dant b un essai d'eau juste avant
l'injection. [Weaver, 19911
3.4.2 Propriétés des coulis
Viscosité
La viscosité est définie comme étant la risistance interne d'un fluide au mouvement.
Cette résistance peut être provoquSe par des effets mécaniques, comme I'&terlock~~ des
particules ou par des effets électrochimiques. comme l'attraction et la répulsion des panicules.
La viscositi est d'ailleurs le facteur qui limite la pénétration des coulis chimiques. En
fait, plus ils sont visqueux. plus la pénétration est difficile. Par contre, pour les coulis h base de
ciment. il y a plus qu'un facteur, dont la thixotropie. qui affecte la pinétntion. la viscosite en
est certes un. mais les autres sont tout aussi important sinon plus.
Mesurer la viscositi des coulis de ciment n'est pas facile, celle-ci peut varier selon la
température, le temps passé aprks le malaxage. le type d e ciment ou le rapport EaulCiment.
Certains vont m h e jusqu'h suggérer qu'il n'est pas vraiment nicessaire de la mesurer en
chantier, si ce n'est que pour s'assurer d'une certaine uniformit6 du coulis. [Houlsby, 19901
Cohésion
D'ailleurs. c'est surtout le caractére rhixorropique des coulis qui gouverne leur
pinetration. C e concept est assez difficile i expliquer, on peut l'illustrer avec l'exemple
suivant. Durant une injection d'eau ou de coulis. si cclle-ci est arritie. la pression va diminuer
et l'écoulement va s'arrSter. Par la suitc. lorsqu'on rapplique la pression en repartant l'injection.
I'eau se remet ù s'icouler immédiatement puisqu'ellc n'est aucunement thixotropique. alors
que le coulis. dc son côti. exige qu'une pression substantielle ne se bâtisse avant de
recommencer ù s'i.couler. ce qui caractirise un comportement thixotropique. Ainsi à l'instant
oii la pression d'injection n'agit plus sur le coulis. celui-ci devient comme une sorte d e pite et
d?s que la prc\sion redevient suffisante. le coulis retrouve sa forme liquide.
Pour caractériser adéquatement ces proprir'tis. i l faut determiner le tliux de
déformation, üppdé taux de cisaillement, lorsqu'unc contrainte de cisaillement est appliquie.
La pente de la courbe ainsi tracée est la visco\iri. (p). De cette mcinière, lorsqu'unc
diformation apparaît dès que la contrainte est appliqiite. on parle alors d'un comportement
uniquement visqueux de type Newtonien. comme c'chi Ic cas pour I'eau ou pour la plupart de\
coulis chimiques. des fluides qui ont une viscosité constante h une température donnée. Dans
le cas des fluides thixotropiques. avant qu'une déformation n'apparaisse, il faut dépasser un
seuil limite. le seuil Binghamien, mais une fois ce zeuil franchi ces fluides Binghamiens vont
se comporter b la manikre des fluides Newtoniens. Certains auteurs font réfirence au seuil
Binghamien comme étant la cohision, une analogie provenant de la géotechnique. Cependant,
d'autres fluides vont se comporter diffGremment, on parle des fluides viscoplastiques. Ceux-ci,
aprks avoir franchi le seuil de cisaillement limite, n'auront pas un comportement Newtonien,
i.e. que la viscositi n'est pas constante. L a plupart des auteurs ne font pas de différence entre
ces deux derniers types de fluides, c'est In raison pour laquelle on fait riférence aux coulis de
ciment comme étant des fluides Binghamiens. La figure 3.9 reprisente le comportement des
trois types de fluides. [Weaver. 19911
a ) f luide Newton ien
- b) fluide B inghan i i en
5 I:IIIX <le cis:~illc~ncn~ I : i i n dç c~~: i~ l l c~~ ic i i i
c) f luide viseoplast ique
Figure 3.9 Types de fluides (Wcavcr. IWI I
Pour expliquer et illustrer les effets de la viscosite et de la cohkiiin. on peut tirer profit
d'une approche p r ~ i i q u e et d'une approche théorique. Houlsby se sert d'un exemple concret
pour dimontrer l'importance d e ces phénomènes. [Houlsby. 19901 En fait. il a choisi
i'cxemple d'un coulis d e ciment où b pression est suffisante pour periiiettre I'icoulemcnt dans
la fissure. Ces conditions persistent jusqu'au moment où la vitesse d'Ccoulement diminue au
fur et à mesure que la pression diminue. Ainsi. la contninte de cisaillement diminue sous le
seuil de cisaillement limite et le coulis prend alors la forme d'un gel et la pression n'y est plus
transmise. Ceci n'est pas trks grave si l'injection prend fin à ce moment, mais pour diverses
nisons s'il fallait la reprendre. ce comportement pourrait créer des problkmes: il pourrait s'en
suivre que la pression exercée ne soit pas suffisante pour que le coulis redevienne liquide. II
fait aussi riférence aux cas où des fissures d'ouvertures variables sont injectées. Le coulis va
pénétrer toutes les fissures, mais les fissures les plus ouvertes constituant un trajet privilégit
absorbent plus de coulis de même que la majeure partie de la pression. Par conséquent. le
débit de coulis dans les fissures plus fines diminue après une pénétration partielle, ce qui
pousse le coulis h prendre la forme d'un gel. Plus tard. quand les fissures les plus ouvertes
auront et6 toutes remplies et que ce serait au tour des fissures plus fines h recevoir leur pan, i l
peut arriver que le coulis soit d q à devenu trop rigide et donc impossible à mouvoir. ce qui
laisse incomplète l'injection de ces fissures. Pour sa part. Lombardi [1985] préconise une
l'approche plus théorique pour expliquer l'action de la cohésion et la viscositi sur la
pénétration. D'après lui. la cohésion est la cause de Ii: formation d'un noyau rigide
d'tcoulement qui diminue grandement la pénétration et la force de soulèvement crtCe durant
l'injection. La figure 3.10 montre le profil de la vitesse pour des écoulements Newtoniens ct
Binghamiens.
1) Iluide Ncwtunicn h, lludc Binphmicn
Figurc 3.10 Profil de la distribution de la vitesse d'icouleinent
Lornbardi ;I modifié les équations d'écoulement d'un fluide dans une conduite
circulaire pour le!. adapter à un joint plat, ce qui rejoint plus les conditions d'une fissure.
L'équation de la demi-épaisseur du noyau, qui limite I'i.coulcmeni. est:
où e . demi-ipaisseur du noyau rigide (m)
c . \euil de cisaillement ou cohésion ( N d )
y : poids spécifique du coulis (Ntrn3)
J : gradient hydraulique
O n remarque ainsi que la demi-ipaisseur est directement proportionnelle à la cohésion
du coulis. Les fluides Newtoniens ne démontrant pas de cohésion réagissent immédiatement à
l'application de la pression puisque aucun noyau rigide ne s'est formi. Cependant. comme il y
a formation d'un noyau rigide chez les fluides Binghamiens. qui ont une cohésion toujours
supérieure à O. il faut donc une certaine pression pour parvenir 4 le mouvoir pour ensuite
induire une déformation (mouvement) au coulis. Lombardi s'est aussi attardé à trouver une
relation pour diterminer théoriquement le rayon maximal d e pén6tration des coulis stables
supposant que la fissure non inclinée a des parois rugueuses et scche. Ce rayon devient:
R - Pm,,.r mz* (3.2)
o ù Knlax : rayon maximal d e pénitration (ni)
Pm,, : presrion maximale admissible ( ~ l m ? )
t : denii-Cpaisseur d e la fissure (m)
c : wuil de cisaillement ou cohision ( ~ l m ~ )
On y rctnûrque que la pénCtration est invcrscnient proportionrielle 4 la cohésion.
Théoriquenient, un f luide Newtonien pourrait se propager indéfiniment. De plus. on
remarque que pour atteindre le m h e rayon de pinétration, des pressions plus élevées sont
nicessaires si on injecte des coulis de cohésions plus grandes.
Loinbardi traite :iursi de5 effets de la cohésion sur Icr forces de aoulèvcinent crCées au
sein d e Iii fissure. À p:~rtir du rayon maximal de pénétration er de I:I pression niaximale. i l
définit la force de soul?vement comme suit:
: force de \oulGvement maximale (N)
: pression maxiniale admissible ( ~ l m ? )
: demi-Cpaisseur de la fissure (rn)
: reuil de cis:iillement ou cohésion NI^?)
II en ressort qiic I;i pression crfe des forces beaucoup plus imporranter dans le cas des
fluides Newtoniens vu qu'ils ne possèdent pas la cohision pour atténuer ces effets souvent
indésirables de In presrion. ces forces sont m h e théoriquement infinies. On constate donc
qu'il est important de cimtriiler la cohision pour 6viter de fracturer davantage la stnicrure que
l'on injecte.
L'eau joue un rôle paradoxal dans la formulation des coulis de ciment. Elle est
absolument nécessaire pour le transport et I'hydratation des grains de ciment: par contre, le
transport exige une quantité d'eau beaucoup plus grande que celle nicessaire h l'hydratation
et ce surplus est néfaste une fois le coulis dépose. En effet, dès que la vitesse de propagation
du coulis diminue suffisamment, les panicules commencent h se déposer et I'eau d e ressuage
remonte. [Houlsby. 19901 Ce phénomène est important puisqu'il affecte grandement le
résultat final de l'injection de la fissure. Ainsi, I'eau en surplus qui n'est pas absorbée par la
masse d e béton environnante. qui n'est pas retenue dans la structure cristdline et qui ne prend
pas part h l'hydratation des particules de ciment résulte en un coulis de piètre qualité h la
surface. Ce coulis est habituellement poreux. perméable, facilement lessivable et donc très peu
durable.
Plusieurs facteurs influcncent la stabilité des coulis. En effet, les panicules grossières.
qui requièrent plus d'çnergie pour se déplacer, se déposent plus rapidement que le\ particules
qui restent beaucoup plus longtemps en suspension. C'est pourquoi. les coulis de ciment
microfin sont plus stiiblcs que les coulis de ciment Portland.
Les particules solides dans un coulis de ciment se déposent B un taux directement
proportionnel h la diffirence entre I;i gravité spécifique d e la particule et la gravit; \p;cifique
du coulis. Conséquemnieni. des coulis qui contiennent des particules de faible deii\it&, comme
les cendres volantes, !.«nt pi-, stables que ceux faits ù panir de particule!. dense\. comme le
sable. [Wcaver, 19911
Le rapport EIC influence grandement la stabilité des coulis: plus i l est 6lcvt. plus la
sédimentation est importante. L'ajout d'un superplastifiant ou d'un rklucteur d'eau peut aussi
entrainer une s&dimentntion plus iniportante [Salch et Dumont. 19951.
Dans le monde de l'injection. deux écoles de pensées s'opporent: Iü preinitw prône
l'utilisation d e coulis maigre\ ou instables avec des rapports EIC initiaux aux environs de 5
(vol.), et la deuxième suggère plutôt d'utiliser des coulis stables (EIC vol.< 1.5) di.s le départ.
La stabilité d'un coulis est définie par le pourcentage de ressuage 2 heures 3pri.s le n1alax;ige.
Les coulis siablcs ont des avantages certains [Salch et Lapointe, 19961:
* des ineillcures caractéristiques physiques et iii5caniques:
une meilleure injection des fissures h cause d'un ressuage nioins
important;
un risque de fracturation hydraulique moins i levi lors de l'injection;
un temps d'injection diminui à cause d'une cohésion accrue;
une meilleure adhirence;
un retrait moins important lors de la prise;
une durabilité et une resistance au lessivage du coulis accrues.
Certaines personnes dans le domaine de l'injection pensent à tort qu'une pression
d'injection plus elevée peut compenser en éliminant le surplus d'eau en densifiant le coulis
peu compact. [Lombardi, 19851
La granulométrie. la distribution de la grosseur des panicules. en plus d'infliieiiccr In
sédimentation, affecte la pénétration du coulis dans les fissures Iines. II est évident qu'une
panicule ne peut pas pénitrer une fissure d'ouvenure plus faible que son propre diamètre. Par
contre, il arrive que les panicules de ciment s'agglomèrent pour ainsi bloquer de.\ fis\urez plus
larges que leur propre diamktre. Diffirents auteurs ont donc essayé d'établir de5 critère5 de
pénétrabilité des particules souvent en fonction de la grosseur maxiniale des piirticules
(Dm,,). Le tableau 3.1 résume ces critéres.
Tableau 3.1 Critéres dc pénétrabilité (Boudaya, 1993)
1 Auteurs 1 Ouverture minimale de la fissure 1 l
Cambefort 0.15 h 0.20 iniii
0.16 mm
Kennedy
Morozov et Goncficirov
Ruiz ct Leone
3 Dmax
4 a 5 Dniax
0.2 à 0.4 iniii
U.S. Corps of Eiigineers 1.7 Dmax
Ternps de prise
Dès que I'on mélange l'eau et le ciment. on provoque une réaction chimique
responsable de la prise et du durcissement de la pite. Le temps de prise initial correspond au
temps requis pour que le coulis devienne rigide. alors que le temps de prise final correspond
au temps requis pour que la pi te durcisse.
II est primordial de connaître les temps d e prise du coulis que I'on utilise: en effet. un
temps de prise initial trop court peut provoquer le blocage prématuré des tuyaux ou de la
fissure tandis qu'un temps de prise final trop long en présence d'eau peut résulter en un coulis
de mauvaise qualité ou mgme mener au lessivüge si le dibit d'eau est suffisant. Des valeurs de
3 h pour la prise initiale et d e 24 h pour la prise finale sont des limites acceptables.
[Saleh et Dumont, 19951 Plusieurs facteurs affectent le temps de prise: la compositioii
chimique, la forme cristalline des particules. la finesse. le rapport EIC, la presence d'ajoutz
minérüux ou d'adjuvants et la t e rnph tu re .
L ü composition chimique joue un rôle important puisqu'elle affecte la rCactivité di1
liant hydraulique; les ciments h büse d e 1;iitiers sont moins riactifs que ceux h base de ciincnt
Portland et leurs temps de prise sont donc plu> longs.
La finesse des particules affecte aussi le temps de prise puisqu'elles offrent plu5 de
surf:ice pour les diverses réactions chimiques. ce qui explique que les coulis d e ciment type 10
hydratent moins vite que ceux de type 30.
De plus, plus le rapport EIC est élevé plus le temps de prise augmente. II en est de
même pour l'utilisation des superplastifianis. On croit que ces ajouts entraînent un retard dan\
la formation d'hydrate et qu'ils défloculeni les grains. ce qui augmente le temps néceahaire ;lux
hydrates pour se lier aux hydrates des particuleh adjacentes. [Saleh et Dumont, 19941
La tcrnp6rature du coulis et celle du milieu environnant influencent aussi Ic triiips dc
prise. En fait. une diminution d e température augmente de façon significative Ic temps d e
prise. P;lr exemple pour un coulis de ciment type 10 a w c un rapport EIC = OS. Ic temps de
p r i x peut passer de 7 4 17 h h i la tenipératiirc initiale d e 7OoC baisse à 4°C. [Saleh ci Dumont.
l 994]
3.5 Moments et produits propices
Les divers ilCments d'une structure. soumis h des variations de la tempénture ou h des
charges cycliques ou variables. s e déforment. exigeant de celui qui les rgpare de déterminer h
quel(s) moment(s) e t quel(s) produit(s) sont les plus propices pour une injection. Pour
effectuer une riparation durable et de qualiti. il faut s'assurer que la fissure h Stre injectée
n'est pas progressive puisqu'une telle riparation ne sera que temporaire; il est en effet plus
facile de riparer des fissures mortes ou actives. Contrairement aux fissures actives. les fissures
mortes ne requièrent pas une attention particulière quant au choix du moment pour les
injecter puisqu'elles n'Cvoluent pas avec le temps. mais il faut tout de mSme s'assurer que le
produit injecté ne subira pas d e retrait excessif. qui pourrait provoquer un dicollement au
niveau du contact biton-produit de réparation. et qu'il possi.de des caractéristiques physico-
mécaniques (résistance à la compression. risihtance h la traction. module d ' t last ic i t i )
suffisantes pour supporter les effons qu'il doit subir et transmettre. La figure 3.1 I illustre ces
diffirents phinomènes.
a ) Retrait c;iu\-an1 un dicollemeni b) traction
c ) Décollement traction i la ligne d'adhircnce
Figure 3.11 Modes de rupture des coidis d'injection (Emmonds, 1994)
Quant aux fissures actives. qui s'ouvrent et se referment selon les conditions
d'exposition. on doit s'assurer, qu'en plus de choisir un produit adtquat. d'injecter ces fiswrcs
h un moment où elles sont le plus ouvertes. En cffet. il arrive souvent a p r k une injection
ayant eu lieu quand la fissure i-tait trop refermer et lorsque celle-ci commence à s'ouvrir que
le produit de reprintion ou le béton environnant cède eii traction. Par contre, si le produit est
injecte au moment où In fissure est In plus ouverte. il pourra travailler en compression et
transmettre les efforts. Ces phhomhes sont illusrrCs h la figure 3.12 [Emmonds. 199.11.
a) Baisse de température
sont Inosmis aor appuis
b) Hausse de tempérarure
Figure 3.12 Effets de la température (Emmonds. 1994)
4.0 Injection d u bfton
Conme on Ih dijh mentionnd nuparavant. I'injection du biton est, en quclque sorte.
une injection de roc modifiie. C'est d'ailleurs pourquoi. les produits. les iquipements et Ies
mithodes se ressemblent. Par contre. quand des structures de biton sont injectees. ce sont
sunout les procddures et I'investigation qui varient. En effet, il est primordial d'itudier en
detail la structure h riparer el d'adapter Ies procidures pour Cviter les risques de prop:igation
des fissures, ce qui pournit Gtre dangereux . voire catastrophique.
Le choix des materiaux dipend des conditions d'utilisation. Ainsi. I'utilisation d'un
produit peut Gtre Irks pertinente pour une riparation dans des conditions prCcises, mais tout B
f;iit inadiquate dans d'autres circonstances. Une large gamme de produits se retrouvc sur le
marchi. et on les regroupe g6nCralement m deux catigories: produits chimiques ou produits h
base de ciment.
4.1.1 Produits chimiqucs
Plusieurs produits chimiques diffirmls peuvenr &re utilisi-s durant une injection. Des
produits comme les silicates de sodium, Ies acrylates ou les acrylamides sont susceptibles
d'Gtre envisage pour reparer des fissures dans le biton, mais ils risultent en des coulis de faible
risistance qui sont souvent affect& par I'eau ou le ciment du beton environnant. C'est
pourquoi les produits les plus souvent utilises sont les polyur6thannes et les produits i base
d'fpoxy. Cependant, mSme si ces produits component certains avantages, leurs performances
lorsqu'ils cntrent en contact avec I'eau surtout B basse tcmp8rature, sont dCcevantes nvec des
prises qui ne sont pas garanties h moins dc 5°C [S:~leh et Dumont. 19951 et une viscosite qui
augmente rapidement h mesure que In tempiraturc diminue. Par contre, ces produitb
dispendieux peuvent representer la solution optimale pour rdparer des fissures fines parce
qu'ils sont habituellement exempts de particules el qu'ils ont une viscositi. t r b faible. Le
produit d'injection chimique ideal aurait les caractCristiques suivantes [Karol, 19901:
h base de poudre soluble h I'eau pour 6viter de transporter
inutilement le solvant. De plus, I'mu est le solvant le moins cher qui
soit:
h prix abordable;
non toxique:
non corrosif;
non explosif;
une solution de faible viscositi qui n'augmente pas trop avec une
baisse de temperature;
stable à des tempCratures nomiales;
insensible aux diffirents sels trouvçs dans I'eau souterraine et aux
composar,,.: du biton environnant;
un pH qui s'apparente à celui du béton;
prise possible en prisence d'tau B basse rempirature;
haute résistonce en traction. en compression et nu cisaillc.iiiciii:
permanent et durable;
temps de prise contrôlable.
Évidemment, il n'existe aucun produit qui puisse ripondre h toutes ces enipences. ni;iis
beaucoup de produits disponibles sur le marché peuvent posséder plusieurs de ces
car;ictiristiques et il importe à celui qui les utilise de d t k m i n e r lesquelles sont les plus
critiques et de faire son choix du produit en les respectant. Cependant, on doit utiliser ces
produits avec pricüution surtout dans le cas de fissures saturees d'eau i b a s e temp~rature.
étant donné qu'ils dimontrent généralement des problèmes d'adhérence aux surfaces
inouillies, des problèmes de prise à des tempiraturcs infrrieures à 5°C et des viscositis qui
augmentent rapidement au fur et à mesure que la teinpCrature baisse. [Saleh et Dumont,
19951
Depuis les débuts de l'injection de produits chimiques, de nombreux produits ont pu
Ctre utilisés comme les diffirentes formes de silicate de sodium, les acrylaiiiides, les
lignosulfites, les phénoplastes, les aminoplastes, etc. Cependant la majorité des ces produits ne
répondent pas aux critères pour l'injection pour réparer les lissures des structures de biton: en
effet, leur résistance est trop faible. C'est pourquoi dorCnavant, on se concentre surtout sur les
polyurithannes ou les produits à base d'époxy.
Les polyuréthannes occupent disormais une phce de plus en plus importante dans le
domaine de I'injection. Ces produits sont regroupis en deux grandes catigories: les
hydrophobes et les hydrophiles. Comme son nom l'indique, les produits hydrophobes
absorbent très peu d'eau durant la réaction chimique, ils utilisent I'eau plutôt pour diclencher
la riaction. mais ils ne l'incorporent pas au sein de leur structure chimique. Les produits
hydrophiles, quant à eux, vont incorporer des molécules d'eau dans leur structure chimique
pour crier un gel dont la teneur en e;iu peut varier. Cependant, I'eau ainsi absorbie peut
éventuellement s'évaporer si l'environnement est suffisamment sec. ce qui muse un retrait.
C'est d'ailleurs pour ces raisons que l'on recommande surtout d'utiliser des produits
Iiydrophobes pour injecter des fissures dans le béton à moins d';Ire absolument certain d'un
taux d'humidité élevé. D'ailleurs, les hydrophobes peuvent agir dans toutes les situations où le
font les hydrophiles, ce qui les rend plus versatiles. [Webac. 19961
Les produits des deux catégories se retrouvent sous la forme d'une mousse ou d'un gel
de viscosité moyenne qui ont tendance à prendre de l'expansion. Leur résistance en tr;iction
varie de faible à modérée. Ces produits. qui ne redonnent aucunement l'intégrité structurcile à
l'ouvrage réparé et qui peuvent présenter B long ternie be;iucoup des problènies de
d6grüdation. sont surtout utilisés pour étanchéiser les .structures.
Prudiiiis à base d'époxy
Lcs produits à base d'époxy. contrairement aux polyuréthannes. peuvent étrc utilisés
non seulement pour étanchéiser mais aussi pour redonner un certaine part de l'intégrité
structurale. Plusieurs types d'époxy existent, mais ils ne peuvent pas tous étrc utilis6s comme
produit d'injection. La norme ASTM C881-90 les classifie d'ailleurs selon leur type. leur
grade et leur classe. Le type définit l'utilisation possible, le grade, la viscosité et la cl;isse, la
température d'utilisation. Les caractéristiques de ces produits varient énormément. mais il est
préférüble d'avoir une faible viscosité pour une meilleure pénétr;ibilité à des pressions qui ne
seront pas trop élevées. II est nécessaire, si on veut redonner une certaine intégrité structurnle.
de vérifier que la résistance à In traction et que I'odliérence soient suffisantes. Ces produits
sont particulièrement efficaces pour reparer des fissures trks fines, niais leur prix demeure
assez élevé.
4.1.2 Produits B base de ciment
Le prix élevé et le rendement plutôt décevant i basse tempdraturc des produits
chimiques les rendent souvent moins attrüyants pour effectuer des réparütions ù plus gr;inde
éclielle. Pour leur part, les produits à büse de ciment performent bien à basse température et
représentent souvent les produits les mieux adaptés. Ces produits sont regroupés en deux
grandes catégories: les ciments et les ciments microfins.
Les ciments sont des liants hydrauliques. ce qui signifie qu'ils réagissent avec l'eau
pour former des hydrates qui vont durcir et qui vont rester stables en présence d'eau. Al i
45
Canada et h travers le monde. on classifie généralement les ciments selon leur composition et
leur moulure.
L'injection de ces produits consiste souvent en l'alternative la moins dispendieuse. De
plus, ces coulis ont des caractéristiques similaires h celle du béton. Ils ne sont pas
particuliirement fins avec des finesses Blaine variant d e 300 m 2 k g pour le type 10 jusqu'ü
1 0 0 m21kg pour le type 3 0 et une grosse moyenne se situant entre I I et 20 microns. Les
ciments peuvent Ctre utilisés sans problkme pour injecter des fissures d e plus d e 0.5 mm et,
moyennant une attention particulikre et des utilisateurs expér imen tk il est possible d'injecter
des fissures jusqu'h 0,3 mm d'ouverture. [Saleh et Duniont. 19951
Pour injecter des fissures très fines. une alternative aux produits chimiques est apparue
:III cours des années 80, les ciments microfins. Les grains de ces cinients doivcnt avoir une
grosseur maximale ( D I o ) d'au plus 10 microns et une grosseur moyenne (DJo) qui be situe
entre 3 et 8 microns ainsi qu'uiie finesse Blaine de plus de 600 m k g . Ce type de ciment se
divise en deux catégories: les produits à base de ciment Portland et les produits h base d e
laitiers de hauts fourneaux.
Les produits h base d e ciment Portland sont des ciments Portland broyés plus
finement. L'autre catégorie englobe les produits qui résultent d'un mélange de Initier d e hauts
fourneaux, des rzsidus de la fabricdtion d e la fonte, et un autre matériau d'activation. En effet
les laitiers, n'Ctant pas des liants hydrauliques nialgré une composition chimique qui se
rapproche de celle du ciment Portland, on doit ajouter une certaine quantité de chaux ( C a o )
pour les activer. Celte source d e chaux peut provenir de la chaux pure, du gypse, du calcaire
ou du ciment Portland. Les laitiers activGs sont toutefois moins réactifs que le cimcnt.
4.1.3 Ajouts et adjuvants
Les ajouts minéraux, aussi appelés pouzzolanes, sont des silicates ou des
aluminosilicates qui ne sont pas cimentaires en eux-memes, mais qui vont réagir avec la chaux
et l'eau pour produire des composés cimentaires. Ces ajouts rendent les coulis plus
imperméables, moins solubles et plus résistants aux attaques chimiques des eaux de faibles pH
ou des sulfates. Ils peuvent jouer deux rôles différents: ils peuvent améliorer la qualité du
coulis, mais ils peuvent aussi tout simplement remplacer une certaine quantité d e ciment. En
effet, ils sont moins dispendieux et lorsqu'on les utilise dans une proportion plus élevée que le
ciment, ils servent de dîllersn. Ces produits se retrouveiit h l'état naturel, comme les cendres
volcaniques, la vitre volcanique ou la diatomite. inais ils sont rarement utilisis sous cette
forme. La plupart du temps, ce sont des ajouts minéraux artificiels qu'on incorpore aiix
bétons et aux coulis, tels [Weaver, 19911:
les cendres volantes, une poudre trSs fine récupirée lors de la
combustion du charbon. II est important de virifier leur qualité et
leur compatibilité avec le ciment qu'on utilise étant donné que des
sources différentes produisent des cendres dont les propriétés
physiques et chimiques varient grandement. Outre les bienft~its
mentionnés dans la section précédente, les cendres volantes
permettent aussi de réduire la sédimentation. mais elles vont
augmenter le temps de prise;
les laitiers de hauts fournenux. des sous-produits de la production de
la fonte. Leurs effets sont essentiellement les mimes que ceux des
cendres volantes. mais en moins prononcés;
la fumée de silice, un sous-produit de la production de diffirents
alliages de silicium. Ce sont des particules de verre sphériques de très
faible diamètre, soit d'environ 0.1 h 0.5 microns et d'une finesse
Blaine de 1500 i 2000 m2/kg. Utiliser la fumée de silice procure
sensiblement les m h e s avantages et les mêmes inconvénients
qu'utiliser les cendres volantes ou les laitiers, elle va cependant riagir
plus vite avec le ciment, ce qui donne des coulis durcis avec des
r6sistances h la compression h 28 jours beaucoup plus Clevées. On
peut aussi formuler des niélanges de fumée de silice et de ciment de
manière à créer des coulis hautement thixotropiques.
Argile
Certains vont utiliser l'argile, surtout la bentonite. conlme produit d'injection soit en
suspension dans l'eau ou üjoutie directement aux coulis de ciment. On s'en sert surtout pour
produire des coulis stables puisqu'elle réduit la ~Cdimentation des particules de ciment. Par
contre. il faut retenir qu'elle va augmenter la viscositi et la cohésion, ce qui réduit la
pénétrabilité.
L'utilisation de superplastifiants, quant à elle. entraîne une diminution de la viacosité
de!. coulis de ciment et permet l'utilisation de coulis de ciment à plus faible rapport WC: ces
coulis, qui prfsentent de meilleures c:tractéristiques physiques et mScaniques. ont donc une
fluidité comparable h celle des coulis de ciment de plus haut rapport EIC. Les
superplastifiants augmentent igalement la stabilité des coulis m i s aussi leur tenips de prise. I I
est aussi primordial de virifier leur comprtibilité avec le ciment choisi. [Saleh et Lüpointe.
1995 (b)]
4.1.4 Composition des mÉlangcs
Aprks avoir prisélectionni le type de produit h utiliser en fonction des conditions
d'application (morphologie et I'Ctat de la fissure, conditions drainantes, de la tcmpirüture
etc.), une étude complémentaire doit Cire rialisée sur la nature de la rcsine ou du type de
cinicnt et de son rapport WC h utiliser pour determiner les limites d'utilisation.
Ces liniites sont proposies à partir d'essais en laboratoire ù diffirentes teniphtures et
dans des conditions pouvant Sire modifiies en fonction des conditions in situ. Les essais en
laborütoire sont effectués sur les poudres de ciment. sur des coulis früis pour diterminer les
propriétés rhCologiques et sur des coulis durcis. pour les propriét6s physico-niécaiiiques, aux
tableaux 4.1. 4.2 et 4.3 y sont CnumirCs les essais ainsi que les normes correspondantes si
elles existaient. [Saleh et Lapointe. 1995 (b)]
Tableau 4.1 Essais sur les poudres de ciment (Saleh et Dumont, 1995)
Essais
Analyse chimique au rayon X
Sédigraphie
Finesse Blaine
Normes
aucune
aucune
ASTM C 204-92
Propriétés observÉes
Composition chimique
Granulométrie
Finesse
Tableau 4.2 Essais sur les coulis frais (Saleh et Dumont. 1995)
Tableau 4.3 Essais sur les coulis durcis (Saleh et Dumont. 1995)
Essais Normes
Essai de module d'élasticité
vitesses des ondes
Pour mener à terme une injection de qualité. les équipements jouent un rôle de
premier plan. Que I'on injecte des coulis chiniiques ou des coulis de base de cinicnt, il faut
que le produit d'injection soit bien mélangé, que I'on soit capable de contrôler Ili pressioii et le
débit d'injection convenablenient et qur: l'on soit en mesure de surveiller le déroulciiieiit des
op6ratioiis. Cependant, les équipements utilisis pour l'injection des produits different de ceux
pour les coulis de ciment.
4.2.1 Équipements pour l'injection de coulis chimiques
Habituellement, les équipements nécessaires pour ce type d'injection sont moins
nombreux et encombrants que ceux des coulis cimentaires, c'est une des raisons pour laquelle.
on prCEre souvent recourir à I'injection de produits cliimiques pour les travaux de moins
grandes envergures. Effectivement,. on retrouve une large variété d'équipements d'injection.
La silection de cet équipement pour des travaux particuliers est basée sur les crithres suivants:
type et ouverture de la fissure, pression requise, type de produit injecté et envergure des
travaux. [Mailvaganam, 19911 L'équipement comprend entre autres: une pompe. les boyaux,
des valves, les ports, les convecteurs et les diffirents instruments d e lecture. Les pompes
disponibles sur le marche varient du simple furil 0pi.r; P la main pour I'injection d e petite
quantitC jusqu'i la pompe pneumatique pour les plus gros travaux.
La plupart d r s produits chimiques son1 formis d e deux composantes: la risine et le
cntnlyseur. Pour les petits travaux et pour obtenir un melange adCquat, il est suggir i d'utiliser
une cartouche pour chaque composante el de Irs relier P un melangeur statique avant de Ies
injectrr. Par contre, dans le sas d e travaux d e plus grande envergure, il Paut recourir i des
Cquipements automntiques qui son1 capables d e milanger le produit e l de le pomper. De plus
i1vc.c ces Cquiprments, il est plus simple d'ajuster Ie dibit e t la pression nu point d'injection.
Le coulis est ensuite m e n 6 aux ports des diffirents points d'injection par I'entremise
des boyaux. Ces ports sont des obturateurs d e plastiques insCrCs b I'aide d'un marteau. des
05turatcurs mCcaniques oo des pons de surface. Les boyaux, habituellcmrnt en PVC. doivent
Ctre capables de supporter la pression et la debit d'injection.
4.2.2 ~ q u i p c m e n t s pour I'injection dc coulis dc cinlent
Le principe d e I'injection d e coulis d e cinicnt demeurr sensiblement Ie mCmc que
celui de I'injection d e coulis chimiqurs, mais Ics iquipements sont differrnts: ils se doivcnt
d'Ptre plus robustes pour risister P I'abrusion des particulcs de ciment. Dr plus. ils sont plus
encombrnnts et ne s e retrouvent que dnns un formot que c e soil pour des travaux d e petite.
moyenne ou grande envergurr. Crest sans doute pourquoi, on utilise rarement cette technique
pour des petits travaux d'injection.
D';lilleurs, un circuit typique d'injection, illustrl: i la figure 4.1, comprend
[Houlsby, 19901:
un malaxcur;
un agitnteur; - une pompe; - des boyaux; - des valves, des jauges et des obturateurs; - des instmments d e mesure.
Aeitntcur -,
Figure 4.1 Circuit typique pour l'injection de coulis de ciment (Houlsby. 1990)
Malaxeur
Beaucoup considarent que la clé du succks réside dans la qualité du mélange du
coulis. ce qui dépend beaucoup de I'efficaciti du malaxeur. [Houlsby, 19901 Les malaxeurs
capables de produire des coulis de haute qualité. sont ceux génCralement appelCs *malaxeurs
colloïdauxa ou malaxeurs centrifuges. Ces malaxeurs sont composés d'une pompe centrifuge
ou d'un rotor ù grande vitesse (> 1500 rpm), d'un réservoir conique et d'une conduite, comme
le montre la figure 4.2. La pompe centrifuge ou le rotor h grande vitesse produit un
tourbillon d'une violente turbulence, qui crée 6normément de cisaillement pour résulter en un
mélange rapide et complet des ingridienis du coulis. Ce tourbillon, en plus, d'aider ù
l'assimilation des divers ingrédients, joue le r6le d'un séparateur centrifuge: en effet. les
portions les plus légères, comme l'eau et le coulis moins bien mélangé. se déplacent vers le
centre du tourbillon alors que les plus lourdes, vers le cût6. C'est ainsi que le coulis moins bien
mélangé passe par la pompe ou le rotor et remonte par la conduite pour 2tre riintroduit sur le
5 1
côté du réservoir dans la portion où le coulis est mieux mélangé et niigre vers le centre sous
l'influence d e la force centrifuge. Ce processus, illustré à la figure 4.3. se poursuit jusqu'h ce
que le coulis soit uniforme et que la force centrifuge ne soit plus capable de d p a r e r le coulis.
La pompe ou le rotor sont. par la suite. en mesure de transporter le coulis vers I'agiinteur.
Figure 4.2 Fonctionnement d'un malaxeur colloïdal (Houlsby. 1990)
D'autres types d e malaxeurs se retrouvent aussi sur le marché: ils sont souvent moins
chers et plus compacts quoique moins efficaces, on les appelle les malaxeurs combinés. Ces
mnlaxeurs ressemblent aux pricidrnts, mais leur pompe et leur rotor créent un tourbillon
d'encrgie insuffisante pour vraiment produire suffixuntnent de cis;iilleinent pour siparcr Ics
coulis d e densita différente et ainsi. d e r un nidiingc de haute qualité. Cependant. certains
malaxeurs peuvent produire tout de tnEine des coulis assez uniformes s'ils ont bien i l6 conqus.
[Weüver, 19911
II existe d'autres types d e malaxeurs qui fonctionnent sans pompe ou rotor: les
malaxeurs h rouleaux, les malaxeurs à palmes, les malaxeurs h jet ou les malaxeurs h pompe.
Ceux-ci vont, cependant, produire des coulis de moins bonne qualité.
La procédure à suivre pour obtenir un mélange uniforme est définie comme suit: introduire la quantité requise d'eau, préférablement mesur6 h l'aide d'un débitmktre pour plus d e pricision et de productivité;
démarrer le malaxeur et attendre qu'il ait atteint sa vitesse inaxitnalc;
ajouter les adjuvants;
ajouter le cimenC
ajouter les ajouts minéraux ou les diIlers*;
mélanger le tout pour une période d e temps soffisante pour obtenir un coulis uniforme.
On retire des avantnges à utiliser des coulis de haute qualité qui ont bien mélangé:
les grains de ciment sont séparés les uns des autres et ne forment pas damas;
chaque grain est enveloppe d'une couche d'eau et bien inouillC, ce qui améliore la penétmbilité et la durabilité;
le coulis est uniforme;
le coulis est plus stable
Lii principale utilitk de l'agitateur est d'ernmagüsiner le coulis qui vient soit di1
malaxeur ou du rotor jusqu'h ce qu'il soit injecté. Un bon agitateur va faire en sone de garder
en suspension les particules des coulis instables et de garder liquides les coulis stables
thixotropiques. II consiste habituellement en un rkipient cylindrique venical Cquipi. d'une
pale rotative. L'action de la pale seule ne peut pas agiter suffisanimeni le coulis pour Gviter
que les particules les plus denses ne se dgposent. il faut aussi compter sur l'action des
dCflecieurs ou méine sur ceriüins modL:les de pales diagonales h l'axe du recipient afin de
crCer une turbulence. II est aussi conscilld de filtrer le coulis avec une grille avant qu'il soit
pompé. De plus, le volume de I'agii~ieur devrait étre plus grand que celui du m;ilaxcur pour
toujours garder une cenaine réserve de coulis. Beaucoup d'utilisateurs préfirent des agitateurs
qui se vident h l'aide d'une pompe. L ü figure 4.3 montre un agiiüteur typique. [Weaver. 19911
Élévation
déneeteur wlg scntant dc lïlirc
pale Vers la pompe
Coupe A-A
Figure 4.3 Agitateur typique (Houlsby, 1990)
L'agitateur fournil le coulis h la pompe qui le fera circuler jusqu'au trou d'injection.
Plusieurs types diffirents de pompes existent. elles comportent toutes, par contre, des
avantages et des inconvénients, On peut les diviser en deux cat6gories: les pompes sans valve
et les pompes h valves. [Houlsby, 19901
Les avantages que l'on retire B utiliser une pompe sans valve, comme la pompe de type
rotor Iiélicoïdal. communhent appelée pompe Moyno, sont une alimentation continue avec
une füible variation de la pression et de faibles chances de bris ou de blocage [Weaver. 1991].
Par contre, la pression maximale atteinte est plutôt faible. soit d'environ 525 kPa par phase
avec des dibits allant 4000 Ilh et I:i limite raisonnable est de 4 phases pour 2100 kPa. Cette
pompe consiste en un rotor d'acier en rotation h I'iiitCrizur d'un stator. Le déplacement du
coulis est induit par le siritor à hélice siniple dans le stator h doubles hilices dans un
mouvement semblable h celui d'une vis. La figure 4.4 illustre une pompe Moyno. [Houlsby.
19901
Figure 4.4 Pompe de type Moyno (Houlsby, 1990)
L'utilisation des pompes h pistons est répandue, mSme si elle comporte certains
désavantages. En effet, ces pompes ne peuvent pas vraiment pomper le coulis ;ivec une
pression constante et elles sont sujettes aux blocages plus fréquents h cause des valvils qui les
composent, mais elles sont souvent la seule solution pour injecter h des pressions Clevécs. Leur
fonctionnement est simple et est bas6 sur l'action d'un piston qui se déplace dans une
chambre. Habituellement, ces pompes sont bidirectionnelles: quand le piston se déplace dans
une direction, il rxpulse le coulis d'une chambre et la succion tire le coulis dans l'autre
chambre et vice versa quand le piston revient [Houlsby, 19901. Au total. quatre valves sont
nécessaires pour que la pompe fonctionne adéquatement. II existe aussi des pompes à
cylindre simple h deux phases, qui se déplace de gauche h droite et où l'on voit le coulis entré
dans la chambre de gauche pi la valve inférieure et il est expulsé de l a chambre droite par la
vdve supérieure (figure 4.5). Les nouvelles pompes plus compactes vont comprendre deux
cylindres avec les pistons aux e x t r h i t é s d'un arbre actionne au centre. La capacité de ces
pompes est très variable allant de faible h très grande [Houlsby, 19901.
A,' - enin"- dc coulis
Figure 4.5 Fonctionnement d'une pompe à piston (Houlsby, 1990)
Pompe h M i e r
Le fonctionnement de cette pompe (figure 4.6), ressemble à celui des ponipes B
piston. sauf que le coulis est diplacd par le changement de volume que cause Ic iiiouwnient
du bdlier. Encore une fois, des valves sont ntkessüires pour Iü succion et pour l'expulsion du
coulis. Ces pompes sont, pour leur pürt, capables de produire des pressions élevées quoique
instables. [Houlsby. 19901
Figure 4.6
Pompe h diaphragme
Fonctionnement d'une pompe à bélier (Houlsby, 1990)
La pompe B diaphragme est capable de produire des pressions instables assez
subst;intielles (jusqu'à 5600 kPü) avec un débit plutôt faible. On doit s'assurer d'Cire en niesure
de changer rapidement le diaphragme qui peut s'user, éclater ou se déchirer. À la figure 4.7.
on voit un diaphragme au repos: les valves sont fermées. Lorsqu'il se déplace vers la droite. il
force le coulis à s'évacuer par la valve du haut et en revenant 8 sa position initiale. il crfe une
succion qui aspire le coulis dans la chambre.
Figure 4.7 Fonctionnement d'une pompe à diaphmgme (Houlsby, 1990)
Quelque soit le type de pompe. il est suggfr6 d'utiliser un systéme d'injection
comprcnant un retour à l'agitateur ou au malaxeur. ci: qui rend plus facile de gérer le débit
quand approche le refus [Weaver, 19911 et [Houlsby, 19901. Par contre. i savoir si l'on doit
injecter à une pression stable ou cyclique, deux théories s'opposent: certains prî>nent
l'injection à des pressions stables puisqu'ils disent que le coulis s'écoule uniformfnient. quc
cela minimise la s6dimentation du ciment dans les fissures et que cela recdrde les effets de la
thixotropie; d'autres, cependant. prétendent qu'une pression cyclique est bénéfique pour la
pénétration parce qu'elle permet de séparer les amas de particules.
Quoi qu'il en soit. ces variations de pressions peuvent Ctre atténuées en utilisant des
hoyaux flexibles et des chambres à «surge» sur le réseau. II est aussi préf6rablc. d'avoir une
pompe supplémentaire prête à opérer en quelques instants, ceci peut même permettre de
sauver un trou d'injection.
4.2.3 Instrurncntation
L'instmmentation et l'automatisation d'un site jouent un rôle de premier plan quant au
succks du programme d'injection. Quand ils sont reli6s ü un système d'acquisition de données,
ils deviennent particulièrement utiles pour:
* contrôler la recette des gâchées de coulis; - opérer le malaxeur;
* contrôler la pompe;
suivre les paramktres d'injection (débit. pression. WC)
contrôler à distance les valves de contrôle:
analyser en temps r6el les pamrnktres d'injection:
rgagir et avertir en cas d'ÿnomülies:
fournir des données complktes et fiables pour la docunientation et l'évaluation postinortern.
L a ïi%ure 4.8 montre un réseau d'injection complet où le systkme d'acquisition des
données lit les différents capteurs de pression, de débit, de densité ou de déplacement pour
ensuite opérer les divers équipements d'injection. II existe plusieurs marques et gammes de
capteurs, systèmes d'acquisition de données ou équipements automatisés sur le marché. II
importe alors d'analyser les besoins pour éviter de créer des rgseaux trop complexes.
l'injection demeurant en e l le -mhe un procsdé assez simple. pour permettre de choisir des
t2quipeinents adéquats à des coûts abordables.
Figure 4.8 Réseau du systènie d'acquisition de donnie (Hoolsby. 1990)
Bien que pour certains, cela puisse parilitre complexe et coûteux. implanter un tel
risrÿu comporte de nombreux avantages au point de vue technique et iconomique. 11 permet
entre autres de [Houlsby. 1990)l:
riduire le temps d'injection;
miter adéquatement et plus rapidement les situations difficiles:
riduire le nombre d'inspecteurs:
évaluer adéquatement les tecliniques d'injection u t i l i s k .
1.3 Méthodes
1.3.1 Injection dc sol ou de roc
Lors des injections de milieux rocheux ou granulaires, il est de prütique commune
quand on injecte des trous d'une profondeur supérieure h 10 m de les diviser en sections
d'environ 5 in. En procédant de la sorte, il devient plus fücile de contrôler la pression dans le
trou de forage, les sections supérieures. générüleiiient plus faibles, sont soumises i des
pressions moins élevees , la ségrégation des panicules de ciment est moindre tandis et l'eau de
ressuage s'ivacue plus facilement. II existe six procédures qui comportent des avmcüges et des
inconvénients selon les conditions où elles sont utilisées.
Desceudaute sans oblurateur
La procédure descendante sans obturateur, coinine son nom l'indique. consiste h forer
un trou sur une longueur de section donnée, h le laver. h effectuer un essai d'eau prdiminairc.
h i'injecter. Par la suite avant la prise fioüle du coulis. Ir trou est bavé. On est ensuite pr?t i
recommencer la même procédure pour l'injection des sections subséquentes. II est important
de noter qu'aucun obturateur n'est utilisé dans le trou de for;ige. si ce n'est celui qui demeure
toujours :i la surface lorsque l'utilisation d'une tête d'injection conventionnelle n'est pas
possible et qu'il est habituellement préférable d'attendre 24 h entre chaque injection. Lü figure
4.9 aide h mieux comprendre la procédure. [Houlsby, 19901
Dcscotdarite avec obturateur
Cette procédure est pratiquement la mSme que la précédente, sauf qu'un obturateur est
utilisé pour isoler les sections supérieures et üinsi. éviter qu'elles soient injectées. On sugghre
toujours par contre, d'attendre 24 h avant de procéder h l'injection suivante. La figure 4.10
montre les différences existant entre ces deux procédures. [Weaver. 19911
Obturateur ii la ,urlxe
L, ,
Deuxihe reciion d'iihturaieur
Ohiuratcur
1 ) 2) 3)
Figure 4.9 Injection descendante sans obturateur
Ohiuratcur 1.1 w r t x e
L -
rupérieurc + aupérieurc
D c u x i h c \ Xction lout juste B In
lin de II scciioii précédente
Truisiéme vxtiirn iolii lu5te :I la
lin de 13 h ~ ~ l i l l l l précCdcnic
1) 2) 3)
Figure 4.10 Injection descendante avec obturaieur
Section inléricurc i Obturaiçur assis
au sunimci dc le section infCricurc
beclion ;III sumillcl de
Section infcricurc
Plcin dc cuulis
1) 2) 3)
Figure 4.11 Injection ascendante
La procédure ascendante exige que I'on fore le trou au complet et que I'on l'injecte en
remontant après l'avoir lavé et testé. Cette procédure exige évidemment l'utilisation d'un ou de
deux obturateurs pour isoler les sections supérieures. Cependant. il n'existe pas un consensus h
savoir quand faut-il injecter la section subséquente. Certains suggkrent de remonter
l'obturateur aussitôt que la pression s'est dissipée dans Iü section précédente et
d'iinni6diatenient injecter la section suivante. D'autres pensent qu'il est préférable d'attendre au
moins 6 h avant l'injection de la section suivante. La figure 4.1 1 illustre les différentes étapes
i suivre si cette procédure est privilégiée. [Houlsby, 19901
En circuit
Les procédures de l'injection en circuit en descendant ou en remontant sont
pratiquement les rii~mes que celles décrites pr6cSdemment. sauf que. pour remplacer
l'obturateur ou la tSte d'injection. on place un tuyau directement au fond du trou de forage.
La figure 4.12 rappelle les étapes h suivre pour injecter selon cette procédure p;irticiilière.
[Houlsby, 19901
Dcuxièmc rcrliiin
2) 3)
Figure 4.12 Injection en circuit (Houlsby. 1990)
Cette procédure du <<Multiple Packer Sleeve Pipe» est la méthode la plus récente en cc
qui concerne I'injection des milieux rocheux ou des sols. où les parois des trous de forage
peuvent s'affaisser. Elle consiste h forer en entier le trou destiné h l'injection, le nettoyer et par
la suite y insérer complétement au fond. le tube externe. L'étape suivante consiste h insérer le
tube h obturateurs multiples, fait de sacs de polypropylène qui vont, une fois gonflés,
délimiter Iü longueur de chaque section.
Lorsque tous les sacs sont gonflés, on peut procéder au test d'eau préliminaire et à
l'injection comme telle. Durant cette injection, on utilise le mtme tube où des obturateurs
normaux isolent la section à injecter en prenant soin de le placer de sorte que ses trous soient
entre les obturateurs du tubc. MZme si on peut procider soit en montant ou en descendant.
c'est plutot la procidure ascendante qui est plus courante. Une fois, toutes le!. sections
injectées, il faut injecter un coulis trks +ais pour sceller le trou dans lequel en pemünence le
tube à obturateurs multiples. La figure 4.13 montre un trou où l'on a insér6 un tube pour
injecter à l'aide de cette procidure. [Houlsby, 19901
Figure 4.13 Injection selon le aMPSP*
Cottrparaisons des diverses procédures
Les diverses méthodes decrites dans les sections préctdentes ne s'appliquent pas
nécessairement à toutes les situations ou milieux. Par exemple, la procédure du eMPSPn ou de
I'injection en circuit sont plus adaptées à des injections de sol ou de roc de Füible qualité.
Cependant, des auteurs comme Houlsby trouvent que I'injection en circuit est trks
dispendieuse, qu'elle est sujette à de nombreux blocages, qu'elle est difficile à réaliser et que la
qualité de I'injection laisse B désirer. II prétend m h e qu'elle est appelée à disparüitre avec
Tableau 4.4 Avantages des diverses procédures (Adapté de Houlsby, 1990 et de Bmce et Gallavresi, 1988)
P a r a m è t r e s
C o û t s
T e m p s
Q u a l i t é
Descendante s a n s o b t u r a t e u r 1 Deseendante avec o b t u r a t e u r
- Moins cher en cas de fuites, de connexions ou de déplacements I
- Coûts totaux s'apparentent h ceux de la procédure ascendante
- Plus rapide dans les situaiions problématiques
- ContrOlc de l'injection à la surface
- hleilleure qualité
- Évacuaiion du ressuage
- Moins dc chance de blocage 1
- G r k e aux ohturateurs les nuire: sections ne sont pas souinis à de! pression trop élevées
- Plus facile d e déceler les iniperfections de l'injection de la section précédente
. Possibiliié d'utiliser des pressions plus élevées étant donné que Ics sections supérieurs servent de toit
- Possibilité d'ajuster la profiindeur de forage et la longueur des sections
- Qualité d'injeciion inférieure à 1: procédure sans obturateur, mai! supér ieure à 13 procéduri xscend;mte
- Possibiliié d'uiiliscr des pression! plus élevées étant donné quc le! sections supérieurs servent de toit
- Possibiliié d'ajustcr la profond eu^ d e for:ige et la Iiingueur de! sections
- Possibiliié d c traiter des zone! particuliéres
Ascendante
- Moins dc perte de coulis
- Procédure la moins chère si tout v; bien
- Procédure la plus rapide si tout v; bien
- Délais entre les iiijcciions plu! courts (6 II seulcincnt)
- Plus facile à programmer el i contrDler Ic ddrouleincnt di l'injection
- Possibilité de tr:iiter des ronc! particulières
Tableau 4.5 I n c o n v é n i e n l s des d i v e r s e s p r o c é d u r e s ( A d a p t é de Hoi t l sby, 1 9 9 0 e t de Bmce e t Gnl lnvrcs i , 1988)
P a r a m è t r e s
C o û t s
T e m p s
Q u a l i t é
Descendante s a n s o b t u r a t e u r -
- Temps de foiage allongé 3 cous< d e s nombreux déplacements CI
répétitions
Descendante avec o b t u r a t e u r Ascendante
des nombreux déplacements et rEpé litions
I - Coûts élevks pour placer et rEparer les obturateurs 1
1 - Sûrement la procWure la plus d i h e I - Délai de 24 h entre les injections - Toujours la procédure la plus
longue 3 cause de la difficulté à nianoeuvrer et du poids d e s obturateurs
- Délai de 24 h entre les injections 1 - Parfois difficile de sceller les fuites h la surface
- Possibilité de perdre le trou si l'obturateur reste bloqué
- P r a t i q u e m e n t i m p o s s i b l e #appliquer la pression de refus
-Difficile #évacuer I'eau de ressuage
- Dimcilc de ditecter les nni~inalies
-Sujets i d e s blocages fréquents
- Sujets i d e s blocages fréquents
- Possibilité de perdre le trnu s I'obiurateur reste hloqué
- P r a t i q u e m e n t ii i ipossibli dhppliqucr la pression de refus
- Injcctiun de qualité inférieure
- Possibilité de fuite i In surface
- Inutilisable si le trou n'est pas assez lisse pour asseoir ndéqunteiiient les obturateurs
- Pression pcut être dominageahle
- Injection sous In nappe pliréatiqui devient prohléiiiatiquc
hvènement du ~<MPSP*.[Houlsby. 19901 Pourtant Weaver affirme de son côté que les
Espagnols l'utilisent frequemment parce qu'ils prétendent qu'elle permet d'éviter d'injecter à
des pressions erronies et d e maintenir le coulis en circulation malgré d e très faible dibi t .
[Weaver, 1991 ]
L a <cMPSP*, selon Houlsby . est une procédure difficilement adaptable au milieu
rocheux puisque la circulation du coulis est restreinte par le tube portant les sacs et par les
parois rocheuses qui rendent difficiles l'ouverture d e la manchette. [Houlsby, 19901
L'injection en circuit et le aMPSPn sont suivies moins fréquemment que l'injection en
sections descendantes ou ascendantes. Celles-ci sont surtout utilisées dans des conditions
normales et sont souvent moins coûteuses cl plus faciles à appliquer. Pour les comparer
ad&quatement. il faut analyser la qualité de l'injection résultant, leur coût et le temps qu'elles
requièrent. Les tableaux 4.4 et 4.5 montrent les avantages et les inconvfnients de chaque
procSdure.
Sur certains aites. il peut arriver que l'on doive utiliser plus qu'une procfdure., ce qui
permet de tirer Ii: m;iximum de chacune d'elles.
4.3.2 Injection du béton
L'injection dcs fissures du béton, quoiqu'elle s'apparente à l'injection du roc. exige une
procédure différente. Habituellement. la structure à réparer a f i6 préalablcinent inspectk et I;i
ou les fissures h réparer ont 616 rcpfrées précisément. De sorte au lieu de simplement injecter
selon une des procédure5 tout juste expliquées dans la section prtkfdente. on peut injectcr à la
surface si la fissure à traiter est superficielle. alors qu'il est préférühlc d'utiliser deux
obturateurs pour isoler une fissure plus profonde et procéder selon ILI méthode classique. la
mithode classique modifiée ou la méthode du Grouting Index Nuniber (G.I.N.). En
procédant de In sorte. on s'assure d'injecter une seule fissure à In fois pour Ctre en mesure de
miriix contrôler les difffrents paramètres afin de bien injecter In fissure avec le moins de
risque possible.
Injecfiort de surface
L'injection de wrface est une mfthode d'injection qui sert exclusivement à r6piircr les
fissures mortes d'une structure de béton. La première étape consiste à installer les ports. On
doit forer des trous le long de la fissure. dont l'espacement et la profondeur dépendent du
membre réparé. Ri.gle ginirale , ils sont séparés d e 75 à 250 mm et profonds d';iu nioins
12.5 à 37.5 mm. Le forage est prefirablement exécuté avec une perceuse munie d'un
aspirateur ou d'un adaptateur qui évacue la poussière au fur et à mesure qu'elle se forme. On
peut aussi utiliser des pons de surface pour éviter de forer des trous quand on doit injecter
une fissure ouverte et facile d'accks. Ces ports sont collés à la surface d e la fissure avec une
couche épaisse d'ipoxy. II faut ensuite nettoyer adéquatement la fissure et la débarrasser de
tous les débris.
Par la suite. h la seconde étape. on doit sceller la surface de la fissure ainsi que les ports
d'injection. qui ont préalablement 6té insérés à environ 12.5 mm d e profondeur. On peut soit
utiliser un mortier d'époxy ou un mortier d e ciment à prise rapide pour cette optration. Dans
des conditions humides, il es; préférable d'utiliser le mortier de ciment. qui doit. une fois durci
et mûri correctement. être cnduit d'une couche d'époxy pour le renforcer. Quand le tout est
bien scellé. on relie tous les ports pour procéder à un essai d'injectabilité.
On est maintenant prct à injecter la fissure. Ainsi, a p r h avoir nionte et vérifii.
l'équipement, on prépare le matériel pour le malaxage. Cette opération se doit d'cire continue
et adaptée au débit dhbsorption.
De cette miiiii2re. apri.5 avoir adfquatcment pesé et mélange toutes les coniposiintes du
produit si une pompe aut»matique n'est pas utilisée, on peut injecter le produit i partir des
différents ports d'injection. Pour d e î injections de fissures verticaleh ou inclinées. on
commence par le b i s reniontant. alors que les ports d'injec!ion horizontales hont injectées en
série à pürtir d'une de leur\ extrémités. Avant d e changer d e ports. on doit attendre que le
produit coule du port suiv;int: on cesse l'injection et on scellc le port avant dc poursuivre
l'injection au port suiv;int. On procède de cette f q o n jusqu'à ce que tous le\ ports :iient été
injectés. [Mailvaganain. 199 1 1
En général. la plupart des injections sont réalisées pür la mithode d'injection classique.
une méthode utilisée fr6qucmmcnt à travers le monde depuis des dkennies . Elle consiste h
injecter un coulis iiiaiable (EIC vol. = 5 à 10) à stable dont le rüpport WC diintnuer:~ au fur L.I i
mesure que l'injection a w n c e selon l'absorption B une pression constante jusqu';iu refus
d'absorption. Par exemple. la méthode d'injection classique il 616 employée pour réparer les
fissures plongeantes du barrüge Daniel-Johnson et les principaleh étapes de la procédure à
suivre pour ces injections sont:
I'injection doit commencer aux trous montrant les plus grandes fuites d'eau à
une pression plus Clevée que la tSte d'rüu et avec un rapport eaulciment
volumique de 5. La pression peut être augmentée graduellement si requis, mais
ne doit pas excéder les limites prescrites (2400 kPa ou 350 psi). Au début de
l'injection tous les trous d'injection sont IaissCs ouverts, et sont fermés au ftir et
à mesure que le coulis communique avec ces trous. Par conséquent, la surface
à injecter pourrait être kgale h toute la surface de la fissure plongeünte:
. le coulis d'injection peut î'tre épaissi graduellement jusqu'à un rapport EIC
volumique de 0.75 ( 5 ; 3; 2; 1.33; 1: 0.75):
la pression d'injection augmente graduellement au fur et à mebure que le
rapport EIC est abaissé. Successivement. le point d'injection est déplacé d'un
trou à l'autre après l'atteinte d e la pression de refus (2400 kPa ou 350 psi).
Puisque le premier mélange n'est pas stable. l'injection commence par décantation du
ciment dans la fissure. La décantation se fait 14 où I;i vitesse d'écoulement est la plus faible. En
fait. dks que le coulis rentre dans la fissure, une grande partie se dirige dans la direction
amont vers le réservoir où il rencontre le moins de résisiance. C'est dans cette direction que Io
fissure est la plus ouverte et la vitesse est la plus grande et. par conséquent, il n'y a pis de
décantation. II n'y a donc pas de colmatage dans cette direction; ceci est tri% important car ce
principe permet de maintenir constamment le réservoir en communication directe ;ivcc le
forage d'injection (fissure ouverte) et d'empzcher le d&veloppement d'importantes pressions.
Cependant tout le coulis ne re propage pas vers l'amont. Une faible quantité pénètre dons les
autres directions. o ù la vitesse est d'autant plus faible que les pertes d e charge sont pliis
grandes. C'est pourquoi la di.cant;ttion s r füit dans la partie aval de la fissure, qui est coliii;iti.e
en premier lieu (Figure 4.14).
Les dimensions de I:i zone injectée par un inCine trou de forage dépendent de
plusieurs facteurs. en particulier. des dimensions de 1;i fissure. de son orientation. de \un
pendage, d e I'eniplaceinent du trou d'injection. de la viscosiri du coulis e t de I;i pres\ion
d'injection. En conclusion. il faut retenir les points suivants dans le processus d e l'injection dcs
fissures plongeantes par la méthode classique:
un coulis instable WC vol. = 5 (EIC innss. - 3.75) est utilisé;
le colmatage de la fissure se faisait en aval. progressait vers l'amont
(Figure 4.14) et était limiti. de chaque côté par différents facteurs tels que:
débit d'injection. pression. viscositk, carüctéristiques de I;i fissure. etc.;
. un faible pourcentage de coulis était réellement retenu. pourcentage
probablement inférieur h 5% (dépendant de la géométrie de la fissure):
pendant toute la durée de I'injection, un cheminement direct Ctait maintenu
vers le réservoir et c'est toujours celui h la plus faible pene de charge:
la surface d'injection peut englober toute la surface de la fissure plongeante.
Pour compléter I'injection il faut alors fermer le chemin direct entre le trou et le
réservoir (fissure fermée). Ce dernier stüde de I'injection est délicat et parfois long à rC:iliser.
ThCoriquement. c'est le seul stade où le forage ne communique plus avec le réservoir et où 13
pression dans la fissure augmente assez rüpidement pour atteindre la pression de refus.
Trou d'injection
Figure 4.14 Phases successives de colniatage lors de I'injection pür la méthode classique d'une fissure plongeante (Saleh et Lüpointe. 1996)
Injection classique modifiée
Suite aux diverses études entreprises (section 5.1) sur les méthodes et les produits
d'injection, l'Équipe Béton de I'IREQ de I'Hydro-Québec a développé la méthode classique
modifiée. Les procédures difErent de celles de la rndthode classique, expliqué ci-haut, par
certains points dont:
* I'utilisütion d'un coulis stable avec des rdpports WC vol. = 1 (EIC müss. = 0.75)
et moins est prescrite:
étant donné que le rapport WC est faible, il faut ajouter du superplastifiant
(1 %) pour obtenir un coulis plus maniable;
l'utilisation d'un coulis à base de ciment microfin est préférable, si la fissure
est t r h fine (< 0.5 mm):
la surface d'injection est limitée à un plot, donc les trous sur les autres plots
restent constamment ouverts. Dans tous les cas, une virification par
moddisation numérique doit Gtre réalisSe pour s'assurer que les parani?tres
choisis sont acceptables:
le débit e t d e la pression sont contrôlés en temps réel par un s y s t h e
d'acquisition de données et I'ou\wture des valves de contrôle est automatique
pour éviter d e dépasser la pression maximale admise;
il y a une restriction sur l'utilisation des équipements, comme I'utilisatioii d'un
malaxeur centrifuge colloïdal est conseillée pour obtenir des coulis de bonne
qualité.
Ceite mithode d'injection se différencie wrtout par l'utilisation d'un coulis stable [out
au long de l'injection. Ceci comporta de noiiibreux avantages. Pour qu'un coulis soit
considéré hriible. il fidut qu'il montre main\ de 5% de ressuage après 2 h. Les principiuh
avantages des coulis stables sont:
des meilleures car;iciiri.;iiques physiques et mécaniques:
. une meilleure injection des fissures B cause d'un ressuage nioins important:
une meilleure adhircnce.
un retrait moins iinporiant lors d e la prise;
. une durahiliré et une rt3i\tnnce au lessivage du coulis accmes;
un risque de friiciurdtion hydraulique moins élevé lors de l'injection:
un temps d'injection diminué à cause d'une cohésion accrue.
Par contre avant d'entreprendre une injection. il est prirrordial de d6tcriniiier la rcceiie
optiniale du produit utilisé et de vérifier sa coiiipaiibilitt! avec les xijuvants, qui peuvcnt Cire
aioutés au coulis.
Groiiting Index Number (G.I.N.)
La méthode d'injection du Grouting Index Number (G.I.N.) a Clé développée par
Lombardi [Lombardi et Deere, 19931 dans le but de contrôler I'energir appliquée à In fissure
durant une injection. Les principales caractéristiques de ce type d'injection sont:
une recette unique d e coulis stable avec un rappon WC constant tout au long
de l'injection et contenant du superplastifiant pour améliorer sa pénétrabilité:
un débit de faible à moyen et plutôt constant, qui risultera en une
augnientiition de la pression au fur et h mesure que le coulis pfnétre la fissure;
un contrôle en temps réel de la pression, du débit et du . olume injecté h l'aide
d'un système d'acquisition de donnfes;
les pressions d'injection sont normalement plus élevée que crlles de la mithode
classique;
I'injection se termine quand la courbe de la pression en fonction di1 volume
total injecte atteint la courbe hyperbolique de contrôle (G.I.N. curve). la valeur
limite de pression ou la valeur limite de volume.
Cette m6thode est valable pour l'injection dc\ fissures fermées (fissures n'ayant aucune
communication avec le milieu externe). En supposant cenaines hypothéscs, le G.I.N. peut Ctrc
iitilisf pour colmater de fissures ouvertes (f iswres en communication permanente w e c le
milieu externe). Les avantages de cette techiiique rhident dans Iü constance de la portée du
coiilis e t dans l'économie encourue. Ils sont obtenus en réduisant le trajet piIrcouni par le
coulis et le volume injccté grâce h der moyens comme I'utiliscition d'un coulis d'une
pén6trabilité moindre ainsi que le respect de Iiniitcs siir le w l u m e total b injecter et les
pressions d'injection.
Cependant. beaucoup de fissures larges comportent une portion de fi\sures fines et
t p n d cette niéthode est utilisie. il ert h;ibitucllcnient préférable d'injecter Ier fissures larges
en premier lieu et par la suite. injecter un coulis nioins visqueux et moins cohésif avec des
pressions plus Clevées seulement si le volume de coulis injecté reste faible. Der pressioiis plus
Clcv6es sont acceptables puisque. à niesure que le coulis pCni.trc des fissure\ fines. elles vont
diminuer rapidement.
Équations pour calculer le G.I.N.
Force ritni.inialr applicable:
Pour obtenir la force pour risister aux sous-pressions (Fmax), il faut d'abord calculer
le poids du milieu au-dessus de la fissure. Pour ce faire. on suppose que le poids à. calculer est
le poids de la projection verticale de la fissure.
Fm, =IV (4.1)
où
F = force (N)
W = poids propre du barrage ou du terrain au-dessus de In r6gion 3 injecter (N)
Pressioit d'irtjecriort ni~i.iirnale:
où
Pm,, = pression (Pa)
c = cohésion du coulih ( ~ l m ? ) t = moitié de l'ouverture de la fissure (m)
Voltrriie ni~tsirrr~il de c<iirli.s:
À l'aide du rayon maximal de p h k a t i o n (Rmiix )
on peut calculer le voliiine mliximül h injecter (Vmax)
Gri~itr Irirerisig Nirtiih<*r (G.I.N.).
où I bar = 100 kPa
Courbe du G.I.N.
Par la suite. l a courbe est tracée en utilisant le volume en abscisse et la pression en
ordonnée. Pour tracer la courbe. i l suffit de garder la valeur du G.I.N. constante et de la
diviser par différentes valeurs de volume.
G.I. N. p = - v
Par ailleurs. lorsqu'une fissure ouverte commence h se colmater au n i w a u de
I'ouverture ou lorsque l'on injecte une fissure fermée. la presbion se bÿtit assez rapidement. II
est donc nécessaire de définir une limite supirieure de pression d'injection (Pmax) pour h i t e r
tout risque de fracturation hydraulique causée par des pressions ClcvSes.
Lü courbe du G.I.N. peut r t re tracée en fonction de In pression effective 3 l'obturateur.
Mais on peut aussi calculer une courbe pour la pression au manomktre, ce qui rend la t.iche
plus facile.
Di/f6r~nts cas possibles dit G.I.N.
Lorsque cette technique est utilisée diffGrentes siiuiitions peuvent survenir. Ce3
différent3 clih sont expliqués et i l lustris à l'aide de la figure 4.15. [Torcotte ei al., 19941
L'abrorption est rcliitivement élevée e l la pression ne peut pas dépasser une certaine
valeur. L'injection sera donc arrttée quand le volume de coulis injcctf atteindra le volume
maximal ;idniib. On assiste h ce genre de comportement génériileiiieni durant I'injcciioii de
fissures ouvertes.
Quiind on atteint la courbe G.I.N. suite h une augmentation rfgulikre de la pression cc
du volunie d'iihsorption. le pompage est donc arri.16 pour respecter la courbe. Les injections
de fissures iiiiiyennes se comportent habituellement comme le fait cette courhe.
cris .7
Quand l'absorption est faible, le pompage sera arrî.16 si la pression dépasse la pression
maximale admise. À ceriaines occasions, il peut arriver que ce soit la capacité de la pompe qui
dicte cette pression, i. e. la capaciti de la pompe est moins 6levCe que la pression maximale
Une courbe de cette apparence reflète sûrement l'injection d'une fissure très fine.
Habituellement, cette situation ne se produit pas si la courbe est respectée. Cependant,
on remarque, malgr6 des pressions très faibles. que des sous-pressions puissent survenir. En
effet, un volume suffisant d e coulis est capable d e produire ces sous-pressions, que l'on doit
éviter.
Par contre dans le cas où Ir coulis est injecté dans une fissure ouverte , il c d
pratiquement impossible de prédire le volunie h injecter qui resterü dans In fissure puisque la
fissure est en contact direct avec le réservoir et qu'une grande partie du coulis y est déversée.
Dan5 certain5 cas, plus de 95 C/î du coulis est directement dévers6 du côté m o n t du barrage.
Courbe du G.I.N.
Sous-pression ii ut1 v. .lume donné
- - . . - - -
b Volume (litres) Volume
maximal
Figure 4.15 Diffirents ci15 possibles durant une injection de type G.1.N (Adaptée de Turcotte et al.. 1994)
4.4 Paramètres d'injection
Plusieurs paramètres doivent Stre considérés durant la conception et le dCroulement
d'une injection. De ceux-ci. les plus importants sont la pression maximale. la pression de refus
et Ir dibit.
4.4.1 Pression maximale
La pression maximale d'injection est un paramètre critique. Cette pression maximale
est la pression qu'il ne faut en aucun cas depasser sans courir le risque de causer des désordres
importants au milieu traité ou aux structures et milieux environnants. En effet, cette pression
d'injection. si elle agit sur une surface suffisante, est capable d'engendrer des forces pouvant
provoquer ILI fracturation hydraulique du milieu traité ou des d6placemcntr potentiellement
dommageables.
Plusieurs facteurs peuvent avoir une influence sur les rCnctions et les effets
qu'engendrent la pression sur le milieu ou la structure d e béton. Tout d'abord. il est clair que
tous les milieux injectCs ne réagissent pas tous d e la mSme manihe. En effet. les milieux
granulaires sont des sols qui ne peovent p i s se rupturer, cependant I';tction de la pression peut
occasionner des dCplacements (hydrojacking) ou des désordres (quick clay.;). qui vont
affecter les striictiircs environnantes.
Pour leur part, Ics milieux rocheux et les structures de biton. souvent nssoci6s i un roc
ho tnoghe de bonne qiinlité. doiwnt d ' t h 1riiiti.s avec prudence. De plus. en aucun temps. i l
ne faut utiliser une forîe pression dès le dihuts de l'injection. il est plutôt prXirohle d'injecter
à UIIL' faible pres4on pour commencer et vCrifier si des fuites oii des dtpl;iccments
subviennent et par I L I suite. augmenter graduellement la pression. [Houlsby. 19901 Ces milieux
peuvent aussi Cire affectés p;ir les forces excessives créées par la pression d'injection Si le roc
est d6.13 fissur6. do. déplacenicnts peuvent zc produire et s'il ne l'est pas. qu'il soit dc Faible ou
de bonne qualiti. la force induite durant l'injection peut le fissurer. Cependant. ILI profondeur
i laqi~clle se déroule I'injection, peut si elle est suffisante atténuer les effets d e la pression
d'in~ection. En effet. plus on injecte profondiment une fissure ou un sol. plus on hGnCficie de
I'action du poids propre et dc l'effet de confinement du milieu environnant. Ainsi. pour causer
des dommages. le force doit contrecarrer d'abord les effets du poids de In couchc supérieure
et ceux du confinement causis par la masse environnante pour soulever ou fissurer un massif
de roc. Houlsby va méme jusqu':i comparer ces effets ù ceux dc la pression hydrostatique.
[Houlsby, 19901 Parfois. d'autres forces risultant d e I'action d'ancrages. d e charges diverses
(eau du réservoir) ou la répartition des charges par la structure vont atténuer les effets nefastes
d e la pression d'injection. L'orientation des fissures. les caractéristiques rhéologiques du
coulis. les canctéristiques du milieu (perméabilité ou ouverture), la giologie et les conditions
hydrologiques ont aussi une influence sur l'action de la pression. [Weaver, 19911
C'est d'ailleurs pourquoi. il est trés important de bien connaître le Comportement de
chaque milieu à injecter. Des essais d'eau exploratoires, des essais avec coulis allant même
jusqu'à la fracturation hydraulique dans certains cas, des études structurales et l'expérience
sont souvent requis pour déterminer la pression maximale. Avec les années et la pratique,
plusieurs lignes directrices ont d t i soumises pour aider à estimer les pressions maximales. La
plupart d'entre elles traitent de situations normales. n i h e si dans plusieurs cas des pressions
supirieures peuvent Cire utilis:es sans causer de dommages. Les plus connues de ces règles
sont les arules of thumbn américaine et européenne développées à partir du systknie d'unités
qui les définit: la règle américaine (1 psilpied de profondeur ou 23 kPdinètre de profondeur)
est beaucoup plus conservatrice que la régle européenne (100 kPdmStre de profondçur). Les
divergences d e philosophie entre les deux écoles de pensce sont d'ailleurs rcflitées par ces
règles. En effet, beaucoup d'Européens préconisent des pressions d'injection élev6er qui
permettent msme d'agründir la fissure pour faciliter la pénétration du coulis et I'ivacu;ition de
l'eau de ressuage. Ils pretendent qu'une fois que l'application d e la pression est ;irrî.t6e, la
fissure se referme ct que la fissure est soumise h une sorte de précontrainte. ce qui devrait
expulser une partie d e l'mu de ressiiüge et compacter le coulis pour une injection de meilleure
qualité. Les tenants nméricains, pour leur part. 1. i f t h n t injecter à des pressions iiiodirées
pour ainsi éviter de causer des disordres ou des déplacements.
Ces deux philosopliies comportent naturellement des avantages et des incnn\Gniciits. i l
suffit de les utiliser dans les conditions qui s'y prCtent le mieux pour ainsi. obtenir les
meilleurs résultats possibles. Cependünt pour l'injection des structures de béton. I I est
fortement recommand: de proc6der h des &tudes itmcturales avant d'entreprendre les tr;iv;iux.
Ceux-ci serviront entre autres à cril lier si les trwaux seront s&curitaires.
4.4.2 Pression d e refus
La pression de refus. quant ù elle, est In limite qui détermine le moment d'arrcter
I'injection. Ce critère cst. selon We;ivcr et Bussey. très important pour le succès de I'injection. II
faut continuer à pomper tant et aussi longtemps que dure l'absorption de coulis. Certains
suggèrent aussi de continuer à appliquer de la pression pour une certaine piriode di: temps.
aprés que I'absorpiion soit devenue nulle. Le tableau 4.6 montre les diverses difinitions de
certains auteurs. De plus, en roui temps. l'étude des paramétres et des facteurs qui influencent
l'injection de chaque site est aussi nécessaire pour un choix éclair6 du critére de refus.
[Weaver. 1991 1
Tableau 4.6 Pression de refus (Adapté de Houlsby. 1990 et Weaver, 1991)
Auteurs Pression
< 50 psi (345 kPa)
50 psi (345 kPa) h 100 psi (690 kPa)
100 psi (690 kPa) à 200 psi (1380 kPa)
> 200 psi (1 380 kPa) f I
Houlsby
Wacer pression maxiniale Ressources Commission of South Wales
Dept of Water Ressources
US Ccrps of pression ninxiniiile Eng.
Weaver 1) 75 % pression ni:iximale
2) diverses pression\
I 0i3 (28.3 1) 1 15 min
I pi3 (28.3 1) 1 10 min
1 pi3 (28.3 1) 1 5 min
aucune en 15 min 15 min
aucune
< 1 pi3 (28.3 1) / 10 min
4.4.3 Débit
II est aussi important d'e.\rimer et de surveiller Ic débit d'absorption d'une injection. Cc
débit varie en fonction des caractCristiquei rhéologiques du coulis (poids spécifique. visco\itC.
seuil de cisaillement. etc.). de la pression appliquée et de\ ciiractéristiques du milieu (oiiwrturc
de la fissure. perméabilité, etc.). Les donnCes recueillies durant les essais exploratoires sont
autant utiles pour estinier le débit d'absorption de coulis quc pour estimer la prcshion
maximale ou de refus.
II faut aussi surveiller le comportement de l'absorption durant le d&rouleinent d'une
injection. Celle-ci permet de dke le r des anomalies ou de changer la recette de coulis qu'on
injecte. Ainsi, dès le début de I'injection, on doit vérifier le débit d'absorption pour s'assurer
qu'il est conforme à ce que I'on avait estimé. Sinon, on doit réagir en épaississant ou en
diluant la recette selon que le débit est trop grand ou trop petit pour éviter d'injecter des coulis
trop maigres inutilement ou de bloquer prématurément l'accès à la fissure en la laissant
pliniellement injectée.
II est intéressant de suivre le déroulement de l'injection à l'aide de graphique illustrant
le débit en fonction du temps (Figure 4.16). Le moment où le débit atteir.: ,on maximum
devrait arriver le plus tôt possible pour profiter de la mobilité maximale du coulis avant qu'il
ne commence à durcir. Ainsi, au début. on devrait assister une augmentation graduelle du
débit qui suit l'augmentation graduelle de la pression. Par la suite. une fois la pression de
croisiére atteinte, le débit devrait conimencer à diminuer graduellement jusqu'au refus. II peut
arriver que la courbe de l'absorption ne respecte pas l'allure de la courbe typique. On peut
alors déceler des anomalies: comme un débit Clc~i- pour une période prolongée et comme une
hausse soudaine ou graduelle du débit. Les figures 4.17 et 4.18 donnent un exemple de
l'allure des courbes de ces anomalies. Dans le premier cas (figure 4.17). où le débit demeure
presque constant presque à sa valeur maximale. le coulis devrait Ctre épaissi puisque le trou et
la fissurc acceptent Ic coulis trop facilement. D:ins le deuxième cas (figure 4.18). on assihie i
une ;iugmentation du débit: ceci indique prohablcinent qu'il y a eu déplacement ou qu'il y a
des fuites. On doit alors réagir rnpidemrnt pour éviter les problèmes: on peut alors dtcider de
limiter le\ déplacements en conipensnnt pour le\ peries cominc le montre la figure 4.19. Une
autre solution tire plutôt profit de I;i thixotropie des coulis: on procède ù une injection
interniittciitc. La pénétration du couliq cst alors restreinte. ce qui limite les force5 de
.;oiill'vcinent. Deere suggère un guide qui donne un aperçu de l'importance des dchits. Ce
guide est présenté au tableau 4.7. [Houlshy. 19001
Tableau 4.7 Iiiiporîance des débits (Houlsby. 1990)
Débit
Trks grand
Grand
k d m z 400
201 à 400 1
Une évaluation postmortein est aussi très utile pour savoir. si l'injection a été nienLie
;idéquateinent, i.e. si I'on a suivi les procCdurcs et si I'on a injecté un coulis dc qualité
suffisante.
Modéré à grand
Faible 8 moderl.
101 à 200
26 8 50
Modéré 1 51 à 100
Faible 1 O i 25
Augmcnoiion del?
Figure 4.16 Évolution du débit dans le temps (Houlsby, 1990)
l
Figure 4.17 DCbit CIcvé sur une période prolongCe
Figure 4.18 Débit incontrôlable causé par une fuite ou des déplacements (Houlsby, 1990)
Signe d'une fuite ou d'un déplacement
Conirebalancer les pencs
a) Traitement d'une fuite en contrôlant le débit
b) Injection intermittente
Figure 1.19 Traitements des anomalies (Hoiil.;by. 1990)
1.5.4 Relation pression-débit
Pour suivre et analyser une injection. il importe. non seulement d e surveiller la
pression et le débit en fonction du temps sép;irCment, in;iis aussi de comparer leur
comportement. Cette analyse fait ressortir des points interessüiith. Elle permet entre autre de
déceler des déplacements ou des fuites si le débit augmente subitement accompagn6 d'une
baisse soudaine de la pression. Elle permet aussi de prévoir l'approche de la fin d e l'injection
quand le débit diminuc graduellement alors que le pression augmente ou reste s:ablc
(Figure 4.20). 11 est aussi important de contrôler le debit mSme si la pression demeure stable.
puis qu'une augmentation du débit peut. elle aussi. causer des déplacenients ou d c la
fracturation hydraulique. D'un autre côtC, si la pression ou le débit sont insuffisants. l'injection
resultante est de mauvaise qualité.
C'est d'ailleurs pour ces raisons er parce que les autres méthodes prkonisent qu'on
garde constant i'un ou l'autre des paramktres en variant i'autre que Lombardi analyse plutôt
ces paramktres comme un seul, l'énergie injectée (Pression x Volume). II a donc d6veloppé
une mithode d'injection qui en tient compte (section 4.3.2).
Pression de refus
Figure 4.20 Courbes du d6bit et de la pression (Houlsby, 1990)
5.0 Injections expérimentales en laboratoire
5.1 Travaux en laborataire antérieurs
Essayer de comprendre cnniment s'écoule et se comporte le coulis au sein des fissures
ainsi que déterminer quels équipements. methodes ou produits sont les plus appropriés pour
mener à bien une injection de qualité et durable intéressent depuis longtemps les personnes et
organismes oeuvrant dans ce domaine. Beaucoup d'auteurs se sont attardés à l'étude des
produits. de leur rhéologie ou aux lois de I'6coulement. d'autres ont analysé les résultats de
viritables chantiers d'injection, alors que peu d'entre eux se sont concentrés sur la simulation
en laboratoire d'une injection. Cette prksente section se penche surtout sur ce dernier aspect
de Iü recherche et mentionne les résultats des travaux antirieurs.
D'ailleurs déjà en 1956, le US. Corps of Engineers s'intéressait à déterminer la
pénétrabilité de diverses ouvertures de fissures [Houlsby. 19901. Les essais consistaient i
injecter des fissures horizontales artificielles créées en superposant deux dalles de bcton de
1,32 m x 0.18 m x 0,76 m. Différents agencements ont servis à simuler des fissures de
0.25 mm, de 0.50 mm et 0.76 nim ayant des surfaces lisses ou rugueuses. On s'est servi d'un
malaxeur à palmes pour mélanger un coulis de ciment type 20 de faible qualité. Durant ces
injections expérimentales, on a mesuré le débit et la distribution des pressions le long de la
fissure: par la suite. on a laissé le produit mûrir avant de sépürer les dalles pour inspecter la
qualité de ces injections.
Mcme si la procédure utilisée ne représentait guke la réalité d'une véritable injection,
elle a permis de tirer des conclusions intéressantes. On a constaté que la pression d'injection
influence grandement Iü capacité d'un coulis à pénétrer une fissure. L'analyse de la
distribution de la pression montre qu'elle n'est pas linéaire et que le comportement
thixotropique des coulis existe bel et bien. alors que la séparation des dalles démontrüit que
seulement les injections de coulis épais (WC vol. de 0.5 à 0.7) resultaient en des réparations de
bonne qualité. Par contre, en aucun temps. on n'a pu observer une adhérence à la dalle
supérieure. De ces injections, on a aussi conclu que, contrairement à ce que plusieurs
croyaient à cette époque, une pression élevee ne peut plis expulser le surplus d'eau des coulis
maigres.
Plus tard. soit en 1981, la Water Conservation and Irrigation Commission a voulu
approfondir ces essais menés par le U.S. Corps of Engineers et examiner les effets du
malaxage, du pompage et des diverses techniques sur la qualité de l'injection. C'est d'ailleurs
pourquoi on s'est servis des équipements et des techniques utilisés en chantier afin de mieux
simnler les conditions d'une véritable injection. On s'est attmdé 4 injecter des fissures avec des
ouvertures qui s'amincissent passant de 3 h O mm ou de 1.5 h O mm, formées en joignant deux
dalles de 0.90 m x 0.90 m x 0.05 m. Les résultats ont démontré que les fissures les plus fines
(1.5 h O mm) étaient mieux injectées par des coulis de WC vol. de 3 vandis que les coulis plus
épais de l'ordre de WC vol. de I sont meilleurs pour réparer les fissures plus ouvertes. Ces
essais ont aussi démontré que les coulis tri3 maigres (WC vol. de 8) ne faisaient que laisser des
traces au lieu de vraiment réparer. Ceci poussait les auteurs h conclure qu'afin d'obtenir une
injection de qualité et durable, il fallait réduire au minimum la quantité d'eau dans la recette
des coulis et h suggérer d'utiliser en tout temps des coulis de EIC vol. inférieur à 3. De plus, il
?ilcst avéré que In combinaison du malaxeur colloïdal et de la pompe de typc Moyno a donné
des résultats plus convaincants que ceux obtenus du malaxeur h palmes et de la pompe h
piston.
5.2 Problfmatique et objectifs
En 1987, suite aux problèmes rencontrés durant l'injection d'un de ses barrages, la
Région Manicouagan de I'Hydro-Québec a décidé de niettre sur pied avec la collaborütion de
différents intervenants, dont l'équipe Béton du Service Technologie des matériaux de I'IREQ.
un groupe de recherche sur l'injection. Ainsi, dans le cadre du «projet D.7: DP~-elr>/~/iciiii,irt
des ntPtlioi1es et des produits d'iiij~<riori duiis lcs strrrctwes de bhoriu, on a installé h
Baie-Comeau un centre d'essais afin d'étudier les produits, l'équipement et les méthodes
appropriés pour l'injection des fissures de faible ouverture ainsi que les effets de I'injcçtion
sur une structure en biton.
L'objectif de ces travaux visait h simuler le plus fidèlement possible l'injection d'une
fissure plongeante ouverte et communicante avec le réservoir d'un barrage de béton. Dans la
première phase, plusieurs produits ont été étudiés: on a procédé à des essais sur des coulis
frais et des coulis durcis h différentes températures pour évaluer la performance des époxys et
des coulis i base de ciment Portland ou de ciment microfin. Suite à ces essais de
caractérisation. il était nécessaire d'étudier le componement des produits les plus prometteurs
lors d'injection de m h e qu'évaluer les différents équipements. instruments et méthodes.
Cette étude entre dans la deuxitme phase du projet et les principaux objectifs sont:
simuler le plus fidelement possible une fissure de traction d'un barrage de
béton;
simuler les conditions d'expositions d'une fissure commuiiicante avec Ir
réservoir;
injecter avec équipements et selon des méthodes utilisés en chantier des
fissures dans des dalles suffisaniment grandes pour obtenir des résultats
représentatifs;
tester les produits les plus prometteurs;
étudier les effets de l'ouverture de la fissure et de la rhéologie des coulis sur
la pénétration et sur la distribution de la pression;
étudier les différentes méthodes d'injection:
évaluer les effets des divers 6quipements et instniments de mesure hur le
déroulement et sur la qualité de l'injection.
5.3 Fabricntion des dalles
Les dalles ont été fabriquées selon des critères très précis pour faciliter la propagation
d'unc fissure de traction unique initiée par fracturition hydraulique. II itnit aussi important
d'injecter des dalles de dimensions appréciables pour permettre d'avoir des résultats plus
représetit:itifs et pour avoir la chance d'utiliser les véritables iquipements d'injection. C'est
ainai que l'on a conqu des dalles d e 2.62 m x 1.42 m x 0.40 ni coulées en trois couches: les
couches aupir ieure el infér ieure d e béton iirme fibreux d e haute r é s i~ t i inçe
( 5 0 MPa) et la couche centrale d e bCton de plus faible rcsistance (15 MPa), où I;i fishure
devrait he propager. Pour faciliter l'initiation et Iii propagation de cette fissure. on ii d6cidé de
cr6er un joint froid de constmction en coulant la wuche centrale en deux étapes en plus d'y
insiciller oii initiateur de fissure. composé de ciirton fibre sur lequel est dipohé du \able
proshier.
I>c plus. 29 tuyaux ont été ajoutés pour permettre d'intercepter et d'injecter la fissure
et de mesurer la distribution des pressions de m h e que 12 tiges pour niesurer les
déplacement\ qui pourraient se produire durant l'injection. Dans le but d e contrîiler
I'étanchCiti. dc la fissure. il a fallu placer une lame de PVC B la hauteur du joint froid i 10 cm
du pourtour d e la dalle pour être en mesure d e botir cette pression.
5.4 Banc d'essai
Ces dalles. une fois le béton mûri et les trous d'injection forés, sont assises dans le biti
de rétention. On a d'ailleurs conçu ce bâti pour contrôler l'ouverture initiale de la fissure et
pour restreindre !es déplacements ù moins de 0.5 mm pour une pression d'injection inférieure
ù 1400 kPa. La fonction de ce bâti est en quelque sorte de simuler le poids propre de la
structure au-dessus de la fissure [Bouja. 19951. Pour y amver. on a donc dû construire un biti
trks rigide et tirer profit de la précontrainte que l'on peut appliquer grice aux huit tiges
filetées en périphérie. capables d'appliquer une force de plus de 7200 kN.
Ce bâti est lui meme placé dans une chambre climatique où un dispositif permet de
régler la température et I'humidite relative. Pour les fins de ces injections, la température a éti.
fixée à 4°C. et l'humidité relative h environ 90 7c. des valeurs qui représentent les condition!.
existantes en amont d'un barrage de béton.
Une fois la dalle correctement installée dans le bâti. In fissuration est initiée par
fracturation hydraulique. L'eau ù grand débit est acheminfe par une pompe de surpression
vers l'initiateur de fissure, installé ù une extrémitt? de la dalle. en gardant tous les autres points
de sortie fermés. Ceci occasionnera une augmentation généralisée de la presaion et
engendrera une fissure plane et horizontaie suiwnt le plan de faiblesse associé nit joint froid.
Un des objectifs du projets étant <le définir les équipements, les instruments ci Ica
méthode!. Ics plus efficaces. on doit utiliser ceux dont on se sert en ce moment ou tester ceux
qui aont susceptibles de servir éventuelletiient. Afin de simuler une injection ù échelle réclle et
d'asaurer In réussite des tnvaux d'injection, l'équipement suivant a été utilisf:
un débitmltre et un contrôleur de dmage:
. un malaxeur colloïdal à grande viterze. qui permet un malaxage éncrgéiique di1
coulis:
un bac de rétention de coulis muni d'un agitateur et d'un capteur de teiiipér;iture
relit? au sysrkme d'acquisition de donnécs:
une pompe à. piston de grande capacité permet une circulation rapide di1 coulis
:ivec un débit maximal de 130 Ilmin. Elle permet également, grice à ses deux
niveaux d'opération, de pomper le coulis à des pressions trés ClevCes, de l'ordre de
55M) kPa, mais avec un dibit IimitS à 55 Ilmin;
un débitmétre et un capteur de pression pour déterminer le débit et la pression au
point d'injection (relié au s y s t h e d'acquisition d e données):
une valve en céramique pour contrôler la pression au point d'injection:
une valve automatique de contrôle d e la pression d'injection (dalle 33 seulement);
une ligne d e retour de coulis vers l'agitateur:
une ligne simulant une téte d'eau effective d'environ 10 m (98 kPa) ayant deux
lignes en parallèle et un dispositif de nettoyage pour Cviter toue sédimentation.
Par ailleurs pour suivre le déroulement et la performance d e l'injection. cette dalle.
placée dans une chambre climatique équipée de capteurs d e températurc ci d'humidité. était
équipée:
de 24 capteurs de pression;
* de 12 capteurs d e d6plûcement de type LVDT;
. de 8 cellules de charge:
des manomètres pl;icis ù la sortie de la pompe et ù l'entrée du point d'injection
Tous ces instmments sont relié\ au système d'acquisition d e données. Le riscau complet est
illustré à la figure 5.1.
5.6 Coulis d'injection
Pour chaque injection. hix inilanges du produit à injecter sont sélcctionnis i partir des
gammes de rapports EIC rccoiiitn;indés par les i tudes rialisfes antérieurement dans Ic cadre
de ce projet sur une large gamme de ciments Portland et d e cimenih microfins. Avant
l'utilisation de des coulis, une dciikiénic Ctude compléte des caractCristiques rhéologiques et
physiques des mdanges sélcctionnis doit ;Ire réalisée au Laboratoire Biton à I'IREQ. Les
risultats de cette étude sont i i i ih :I Iü disposition de toute I'Cquipe d'injection avant Ic début des
travaux. Le passage d'un mS.lan-e i l'autre durant les travaux peut se laire i partir de critères
rationnels.
5.7 Injection
Par la suite, les éiapes préparatoires terminées, I'essai d'eau, servant à kvaluer
I'intercommunication de la fissure et h saturer la dalle, peut debuter. Cet essai, où le coulis est
simplement remplace par de I'eau, est effectué à I'aide de l'équipement d'injection. Aprés avoir
vidangk tout le systéme, I'injection comme telle est entreprise. Le choix du point d'injectioii
initial est base sur les résultats de I'essai d'eau et s'arrcte habituellement sur un point central
qui montrait une bonne absorption. A partir de ce point, la dalle est injecter jusqu'au
colmatage complet en adoptant la procidure suivante:
- appliquer une tSte d'eau d'environ 10 m (98 k h ) h un des points de la dalle:
ouvrir toutes les valves sur la dalle;
commencer I'injection avec un coulis, dont le rappori EIC varie selon le proiiiit
utilisé. Habituellement, une pression au point d'injection de 1500 à 2000 kPa doit
t h e niaintenue:
fermer la valve chaque fois que I'eau suivie de coulis s'y présente et poursuivre
l'injection aprés !a fermeture de toutes les valves en niaintenant l'entrée de la 3 te
d'eau ouverte durant ioute I'injection:
. épaissir le coulis si le débit demeure ilevk ou changer le point d'injection si le
débit d'injection diminue rapidement ou s'annule inalgré une pression Clevee ou
qui augmente:
arrSter I'injection si le dkbit d'injection reste nul mdme aprks des changements de
point d'injection.
5.8 Carottage et siparation des dalles
L'injection terminée, la dalle subit dans la chambre climatique une cure de 28 jours
à 4'C et h 90 C/o d'humidité relative. Ensuite, des carottes sont prélevées dans la dalle. Le
prklkvement des carottes. qui peuvent servir à déterminer la qualité de I'injection par un
examen visuel et d'autres tests (la rksistance ù Iii traction et h b compression), est fait de
manikre h couvrir en entier la dalle. La dalle 31 a aussi i té séparée en deux au niveau de la
fissure, ce qui a perniis de constüter la pénétration, l'hydratation et l'adhérence du coulis.
6.0 Xésultats et analyse des résultats
Ainsi. depuis 1989, 12 dalles ont été inject6es en laboratoire. D'ailleurs, les pararnktres
les plus importants de ces injections expérimentales sont résumés au tableau 6.1. Cepe~rlant.
dans ce mémoire, seuls les résultats de l'injections des dalles 31. 32 et 33 seront prisentés el
détail.
De cette manihe, on traitera et analysera les résultats enregistrés 3 l'aide du système
d'acquisition de données comprenant les données de la pression et du débit au point
d'injection. celles aux 24 capteurs de pression. celles des réactions aux 8 cellules de charge de
méme que celles des déplacements aux 12 capteurs de type LVDT. Les résultats du carottage
et de la séparation des dalles y sont aussi exposés.
Tableau 6.1 Ré.rumi des injections des grandes dalles 3 I'Hydro-Québec
- Date Pression Durée
mm. au point
d'injec. (kPû)
1 1 . 1
Ponland 1 1 %de 1 2 1 0.2 1
naphtaline
Portland l lr de 1.0 0.3 5 I? iype 10 supcrplir\lifiant 0.75 h
à bac de 0.6 0.6 naphtaline 0.55
microfin l lr de 1.0 0.1 X I O Spinor Al2 supcrplastifiant i
h base de 0.4 naphtaline
I %; de portland
O;, ;: type 30 superplastifiant 0.6 à hiüe de niiphtaline
microfin Lanko 737 0.75 0.45
0.6 0.5 0.75
6.1 Dalle 31
Le 24 juillet 1995 au Laboratoire Béton de la VPTI (Hydro-Québec), on a injecté la
dalle en béton no 31, que l'on peut voir h la figure 6.1. Cette dalle, fabriqute le 16 juin 1992,
avüit été placée dans le bati et fissurée 5 jours avünt l'injection, soit Ii: 19 juillet 1995.
Pour i'injeciion de cette dalle, un coulis h base de ciment Portland type 10 additionné
d'un superplastifiani ù base de naphtaline (1 lo) a été utilisé. La composition des mélanges
testés et leurs caractéristiques rhiologiques (Tableau A l ) ainsi que toutes les courbes
nécessaires b l'analyse des résultats et toutes les photos concernant l'injection de la dalle 31
sont présentées h l'annexe A.
Figure 6.1 Dalle 31 dans le bâti inétallique
Injection
Vers 6 h 50 (24 juillet 1995). le systéme de malaxage, incluant le contrôleur de
dosage, le malaxeur Iiélicoïdal et le bac de rétention avec agitateur. ainsi que la pompe ù
piston ont dté vérifiés et testés.
Vers 8 I i 50, on a effectué h l'aide de la pompe un essai d'eau au point 15: toutes les
valves ont coulé au mSme moment. Par la suite, tout le système d'injection a coinplétement été
vidangé.
L'injection, proprement dite, a débuté au point 15 vers 9 h 55 (t = O min) avec
l'utilisation d'un coulis de ciment Portland type 10 de rapport volumique
EIC = 1.0 (EIC massique = 0.75) avec I % en extrait sec de superplastifiant à base de
naphtaline. La pression oscillait entre 1500 et 2200 kPa à ce premier point d'injection. Par
contre, le débit d'absorption et la pression aux autres points sont restés nuls, ce qui peut Ptre
expliqué par l'obturation du point d'injection: on a donc décidé de transférer le point
d'injection au point 10.
Vers 10 h 09 (t = 14 min), l'injection a recommencé au point 10 en utilisant toujours
la n i h e composition de coulis. II faut noter qu'à aucun moment lors d'un changement de
point d'injection la composition du coulis n'a étd modifite. Ces changements de composition
sont seulement survenus dans la dernière partie de l'injection et leurs effets sont dbilleurs
iinalysés ultérieurement. Après ce premier changement de point d'injection. la pression
observée au point d'injection était de l'ordre de 1600 à 2100 kPa et il y a eu un délai de 4 i 5
min avant que le coulis n'atteigne les autres points et qu'une cenaine pression ne se bûtisbe.
(Figures A3 h A6) La pénétration peut Ctre visualisée à l'aide d'une courbe d'isopénétriition
(Figure 6.2). qui représente le temps nécessaire au coulis pour qu'il atteigne les d i f fknts
points de la dalle. Cette courbe permet de mieux dvaluer I'intercommunication de la fissure.
On peut ainsi constater que la fissure était plus fine ou en partie colmatde par les prectdents
essais d'eau dans la région des points 12. 15 et 16.
Malheur?usenient, la pression est demeurée nulle ou presque aux points 15 et 16,
démontrant qu'ils étaient effectivement colmatés ou bouchés. L'absorption du coulis dtait iilors
de 5 h 7 Ilmin. (Figure A2) Cette absorption diminuait à Jn rythme plutôt régulier jusqu'à
devenir nulle vers I I h 53 (t = 118 min). ce qui signifiait le colmatage du poiii: 10 et
l'obligation de changer de point d'injection. Pendant cette période de 10 h 09 (t = 14 min) b
I I h 53 (t = 118 min), les pressions aux autres points étaient passablement constantes et les
variations enregistrfes provenaient surtout de la pompe à piston. Les points I I et 14. p rh du
point d'injection. montraient des pressions d'environ de 800 kPa, alors que tous les autres
points, exceptés 12, 15 et 16 où les pressions étaient nulles, affichaient des pressions d'environ
300 h 500 kPa. Des courbes d'isopression, montrant la distribution des pressions au sein de la
fissure, peuvent Ctre tracées h tout moment durant l'injection. mais il a été choisi de seulement
présenter celle peu aprbs le changement de point d'injection survenu h 10 h O9 (t = 14 min)
(Figure 6.5). Cette figure montre que la pression diminue rapidement au fur et h mesure que
l'on s'éloigne du point d'injection. La géométrie de la fissure de mSme que la viscosité et la
cohésion du produit d'injection ont une influence certaine sur ce comportrnvmt. Au
commencement. les courbes d'isopression réagissent comme les courbes d'isopénétration
puisque la pression se bâtit aux différents points à mesure que le coulis les atteint. Par contre.
une fois que le coulis a complbtement envahi la fissure. ces courbes deviennent sensibles aux
I Point d'injection
Figure 6.2 Courbe d'isopinitration (sec) de la dalle 31
fluctuations de la pression au point d'injection. Cette sensibilité s'att6nue avec le colmatage
progressif de la fissure. Les figures 6.3 et 6.4, qui montrent le profil dç la pression durint
l'injection, permettent de mieux visualiser ces comportements. Ainsi. h la figure 6.3, on
remarque que les différentes pressions vont réagir presque immédiatement aux variations de
la pression au point d'injection. Par contre, au fur et ù mesure que la fissure se colmate, les
pressions aux autres points vont devenir de moins en moins sensibles. Ceci peut Cire observé h
la figure 6.4, illustrant le profil de la pression vers la fin de l'injection, À ce stade, il est clair
que. nialgré une fluctuation tout de mgme importante de la pression au point d'injection, Ics
pressions environnantes demeurent plutôt constantes: résultat laissant présager un certain
colmatage de la fissure.
Figure 6.3 Profil de la pression au début de l'injection aux différents points sur la dalle 31
Fipre 6.4 Profil de la pression h la fin de ïinjrction aux differents points sur la dalle 31
Point d'injection
"'OkP3 \
D E ct ronic di.
Figure 6.5 Courbe d'isopression (kPa) au début (t = 14 min) de l'injection de la dalle 31
À partir de ce moment et jusqu'h la reprise des travaux, soit de I I h 53 (t = 1 1 8 min) h
12 h 50 (t = 175 min), les rCsultats ne sont pas représentatifs puisque I'injection a été
suspendue pour résoudre divers problkmes. En effet vers 12 h 20. il a fallu débrancher la tSte
d'eau de 10 m car la sédimentation du coulis a provoqué le blocage du boyau ce qui affectait
son fonctionnement. Par contre. le coulis rksiduel était évacué directement dans le bac de
décantation afin de respecter les conditions d'une fissure ouverte. (Figures A2 h A6)
Vers 12 h 50 (t = 175 min), l'injection a repris son cours au point 9. La pression ù ce
point variait de 1900 h 2100 kPa. Par contre, le débit d'absorption et les pressions aux autres
points sont demeurées c ~nstantes ou nulles. Le point 9 ttait donc colmaté: un changement de
point d'injection s'avérait nécessaire.
Vers 12 h 58 (t = 183 min). I'injeciion s'est poursuivie en utilismt désormais le point 6
comme point d'injection. À partir de ce moment et jusqu'h 13 h 10 (t = 195 min). les résultats
ne peuvent püs Ztre considérés parce que la valve de purge de la tZte d'injectioii était demeuree
ouverte à cause d'une défectuosité. Toutes les données couvrant cette période ne sont donc
pas repri-sentatives. En effet aussitot cette valve fermée. le dibit est devenu nul. ce point &ait
lui aussi colmaté. Les valeurs des pressions environnantes le confirmaient aussi: elles sont
toutes restees nulles ou constantes.
Vers 13 h 19 (t = 201 min). il fallait recommencer l'injection à un autre point et le
point 5 était choisi B cet effet. Une pression de 1400 à 1900 kPa y était appliquée. Encore une
fois. c'est seulement après un cenain dtlai que l'on a pu mesurer l'effet sur les autres points.
Ceux-ci ont tous augmenté à des pressions de 350 3 500 kPa. sauf les points qui etaient diijà
colmatés. i.e. 8, 12, 15. 16, 18. 19. 20. 23 et 24. Par la suite vers de 13 h 23 (t = 208 min), Iii
sortie de coulis a été volontüirement obturte. Ceci a permis à une pression de se bitir au
niveau de la fissure et on a pu constater vers 13 h 32 (t = 217 min) une augmentation
généraliste des pressions maintenant mesurées h environ 1000 kPa. Peu de temps après, la tPte
d'eau a été rouverte et les pressions sont redevenues normales et ont même commencé à
diminuer ou à demeurer constantes: le colmatage progressif de la fissure en était sans doute la
cause.
Bien qu'elle n'ait pas 616 affect&! par l'obturation de I;i sortie de coiilis, I';ibsoiption du
coulis a tout de m h e suivi une tendance similaire à celle des pressioiis iprh la réouverture
de la sortie de coulis: elle diminuait constamment jusqu'h devenir pratiquement nulle vers
17 h 43 (t = 470 min). ce qui allait éventuellement mettre fin à l'injection à 17 h 52
(t = 477 min). (Figure A2)
Durant Iü derniére partie de cette injection. soit de 13 h 19 (t = 204 min) à 17 b 52
(t = 477 min), aucun changement de point d'injection n'a 616 effectué, cependant le coulis a
i té modifié A trois reprise afin de réduire le débit d'absorption. La premiore fois vers 14 h 55
(t = 300 min), le débit est resté stable à prks de 5 Ilmin. Le rapport WC volumique est alors
passé de 1.0 (WC massique = 0.75) à 0.75 (WC massique = 0.56) avec I % en extrait sec de
superplastifiant. Même s'il a eu des effets négligeables sur la pression h la tête d'injection. le
changement de composition s'est fait rcssentir aux autres points avec un léger dilai, explicable
par la présence du mélange initial dans le s y s t h e . Cette diminution de la fluidité a perniis
aux pressions de ces autres points de se stabiliser h des valeurs comprises entre 150 h 450 kPa.
(Figures A3 h 46)
Le second changement de composition, qui a $12 effectué parce que le débit demeurait
stable h environ 3 Ilmin, qui donnait un mélange avec un EIC volumique de 0.6
(EIC niassique = 0.45) avec I C/c en extrait sec de superplastifiant h base de naphtaline. est
survenu vers 16 h 32 (t = 397 min): il a, lui, affecté la pression au point d'injection, celle-ci
passant de 1400 h 1900 kPa avec de grandes amplitudes. L'effet sur les autres points était
négligeable, si ce n'est, environ 10 min plus id. une baisse d'environ 50 kPa pour certains
points. Cette fois contrairement i la première où il était demeuré plutôt constant, Ir: débit a
diminué rapidement. Le dernier changement dans la composition, où un WC volumique de
0.55 (WC massique = 0.41) avec I C/c en extrait sec de superplastifiant A base de naphtaline
etait disormais utilisé. a eu lieu vers 17 h 24 (t = 446 niin) et a encore une fois provoqué une
auginentiition de la pression au point d'injection. qui passliit au-delb de 2000 kPa et mî.ine h
2.500 kPa à certaines occasions. Mais ceci n'a aucunement influencé les autres pressions et le
débit diminué à ut! nivrüu très bas. Cela laissait présager la fin imminente de l'injection.
Vers 17 h 45 (1 = 470 min). l'absorption est finalemen: devenue nulle et ce qui s'est
aussi ripercuté sur d'autres points, i. e. 1, 2, 3. 7. 9 et 13, où une chute de pression
momeiiiünée de 75 kPa a pu etre observée. L'injection s'est terminée h 17 h 52 (t = 477 min)
lorsque le débit est resté pratiquement nul pendant prSs de 7 min.
(Figures A2 h A6)
Comme la pression d'injection du coulis &lins la fissure c r k une force agissünt sur tout
le systSme dalle-bâti, on devait examiner pnrallklement les pressions aux différents points et
les réactions aux cellules de charges; on s'aperqo~t qu'ils suivent des tendances siniilaires
comme le démontrent les figures A7 et A8. Ainsi, si les pressions augmentent, les tensions
vont, elles aussi. augmenter et elles diminueront lorsque les pressions diminueront. C'est
pourquoi au début de l'injection vers 10 h I I (1 = 16 min), on assiste h une augment:ition de
la tension düns toutes les tiges filetées, ce qui est causé par l'application initiale de la pression
d'injection. Des effets semblables sont aussi remürqués vers 13 h 30 (t = 215 min) iiu moment
où la tete d'eau venait d'Ptre obturée pour provoquer une augmentation substantielle
g6néralisée de la pression. Les forces lues par les cellules de charge ont elles aussi
augmentées. mais elles ont diminué sitôt la réouverture de la tCte d'eau. Par ailleurs, on peul
remarquer qu'h mesure qu'avanqait l'injection et donc Ir colmatage de la fissure, les réactions
aux tiges demeuraient constantes ou mSme diminuaient en dépit d'une augmentation
importante de la pression au point d'injection. Ceci est normal puisque les surfaces. sur
lesquelles :es pressions sont appliquées. diminuent avec le colmatage progressif.
Pour rtre en mesure de déterminer précisément la relation qui puisse exister entre la
pression appliquée et les réactions aux différentes tiges filetées du biti, une analyse déraillée
ainsi qu'une serie de mesure in situ sur le bâti s'imposeraient. Par illeurs, I'information retirée
serait peu pertinente et serait une redondance en soit de la mesure des pressions.
Quoi qu'il en soit, on sait que le bâti a été preserré à prks de 7200 kN, >oit environ
900 kN par tige. Ce presemge est nécesiinire afin de garder stable tout au long de l'injection
l'ouverture de la fisbure. Cette précontrainte att6nue l'effet de la force exercée par la d;ille sur
les tiges de serrage de faqon très significative: la force générée par la pression au niveau de In
fissure provoquera une augmentation de la tension dans la tige de seulement S i 10 % de I;i
force totale appliquée. Malgré cette précontrninte de réaction trks importante. une ouverture
de la fissure est toujours possible si les niveaux di: pression appliquée et les surfaces
d'application sont importants. Les déplacements lus durant l'injection de la dalle 31 ont été
trks petits et à la limite de r6solution des capteurs de dCplacement (LVDT). En effet. le
d6placeinent maximül est survenu lors de l'obturation de la tCte d'mu et il btait d'environ 0.08
mm, alors que Ic reste du temps, les d6placeinents étaient sous les 0.05 Inni.
(Figures A9 et AIO) On attribue ceci au fait que premièrement la fissure est drainante donc i l
est impossible d'élever les pressions ù des v;ileurs très importantes sur toute la d;ille ct
deuxièmement par la chute de pression importante ohservée entre le point d'injection et les
poiiits périphériques aitribuable encore m e fois à la nature drainante et h la Finesse de la
fissure qui contribue à accentuer les pertes de charge. On peut donc conclure que le
preserrage du bâti a performé de h ç o n adéquate puisqu'il était destin6 à limiter les
déplacement h moins de 0.1 mni. On remarque aussi que l'amplitude observée en Iabonitoire
peut nialgré tout être imponante. C'est pourquoi en clianticr. on doit s'attendre à des forces
trts importüntes et il faut donc toujours s'assurer que la pression au niveau de la fissure ne
cr6e pas une force, qui pourrait aggraver le problème dc fissuration.
Carottage et siparation de la dalle
Les diff6rentes carottes (Figures A l l h A14) démontrent la réussite de cette injection:
le coulis s'est bien propagé pour réparer adéquatement des fissures de 0.1 mm B 0,6 mm.
Lÿ séparation de la dalle a, quant h elle. permis de constater que la propagation et
l'hydratation du coulis étaient bonnes et uniformes sur toute la superficie de la fissure. Elle a
aussi permis de constater que le coulis avait redonné une certaine intégrité stnicturalr B la
dalle puisqu'elle a été siparée ailleurs que dans la fissure injectée. Les figures A15 ct AI6
montrent la séparation de la dalle 31.
6.2 Dalle 32
Pour sa pan. la dalle 32, fabriquée le 16 juin 1992 et fissurée le 30 août 1995, ;i dté
injectée le 6 septembre 1995 au Laboratoire Béton de la VPTI. La figure 6.7 montre la
dalle 32 placée dafis le bâti 5 jours avant l'injection. Sur cette photo. on aperçoit aussi la
précontrainte latérale, qui a servi h colmater une fuite causée par une fissure indésirable sur la
partie supérieure de la dalle.
Figure 6.7 Dalle 32 dans le bâti métallique
Pour l'injection de cette dalle. un coulis ù base de ciment microfin Spinor A l2
additionné d'un superplastifiant ù base de naphtaline ( l %) a i ié utilid. La composition des
niblanges testés et leurs cnractiristiques rhéologiques (Tableau BI ) ainsi que toutes les
courbes necessaires ù l'analyse des risultats et toutes les photos concernant I'injtvxion de la
dalle 32 sont prisentées à l'annexe B.
Injeclion
Vers 8 h 00 (6 septembre 1995). le s y s r h e de malaxage, incluant le contrôleur de
dosage, le malaxeur hélicoïdal et le bac de rbtention avec agitateur, ainsi que In pompe à
piston ont été vbrifids et testés.
Vers 8 h 25, on a effectué ù l'aide de la pompe un essai d'eau au point 10: ce point
s'est avérd colmaté et on a décidé d'utiliser l'entrée de la tSte d'eau (point E) pour estinier la
propagation de l'eau. Cet essai a permis de ddboucher le point 10, mais il brait tout de inCnie
préférable de transférer le point d'injection au point 9.
Vers 9 h 06 (1 = O min), l'injection a débuté ù ce point 9 en utilisant un coulis de
ciment rnicrofin Spinor A12 de WC volumique égale ù I (WC massique = 0.75) avec I % en
extrait sec de superplastifiant à base de naphtaline. À cc moment. la pression ;iu point
d'injection variait de 1800 ù 2000 kPa et il a fallu attendre environ 4 min pour observer des
augmentations de pression aux autres points suite ù la fermeture progressive des valves au fur
et ù mesure de l'arrivée du coulis.(Figurcs B3 ù 86) La sdquence de pénétration du coulis pcut
Ctre visualisds ù l'aide d'une courbe d'isopdnétration (Figure 6.8). qui reprdsente le temps
nccessaire au coulis pour qu'il atteigne les diffdrents points de la dalle. Elle permet d'Cvaluer
I'intercommunication de la fissure. On peut ainsi constater que la fissure etait plus fine dans la
partie centrale du côté des tiges filetées 5 à 8, c'est-h-dirc dans les environs des points 12. 15 et
16. On s'aperçoit aussi que la fissure irait plus ouverte du côte des tiges I ù 4 (près des points
1 . 5, 9, 13, 17 et 21) et que la propagation se faisait du côte des tiges 1 à 4 vers celui des tiges
5 ù 8 (près des points 4, 8. 12. 16, 20 et 24). et ce sur toute la longueur de la dalle.
Pour sa part, l'absorption initiale était très élevée d'environ 37 llmin sûrement ü cause
du remplissage des tuyaux pour diminuer en moins de 2 min ù niveau stable d'environ 2 llmin
pour une période de 15 min. (Figure 82) À partir de ce mcment, les fluctuations de débit sont
apparues: le débit pouvait s'annuler pour quelques instants et par la suite augmenter ù 4 llmin
pour finalement demeurer nul vers 9 h 34 (1 = 28 min) au m h e moment où les pressions
aux diffirents points ont commencé à diminuer. Ceci a entrüîné un changement de point
d'injection. Pendant la piriode où Ir dibi t demeurait plntôt stable. les pressions au point
d'injection et aux autres points demeuraient aussi passablement srables (1500 à 2200 kPa au
point d'injection e t 400 ù 500 kPa aux points pgriphSriques). La pression nu point d'injection
s'est mise à varier augmentant mSme à 2600 kPa, le dibi t s'annulant et ce. à quelques
occasions durant i'intewalle de 9 h 27 (t = 17 min) ü 9 h 36 (t = 30 min). On peut aussi
remarquer que pendant I'injection. la pression à la plupart des points riagissaient d'une
manikre semblable et presque instantanée aux tluctuations de pression au point d'injection. Ce
sont seulement les points 12, 1.5. 16. 20 et 24 qui ne semblcnt pas avoir Sri affectCs. ce qui est
plausible puisque la fissure est plus fine à cet endroit.
Figure 6.8 Courbe d'isopénétration (sec) de la dalle 32
Ainsi vers 9 h 4 0 (t = 34 min). I'injection est repartie au point 7. Les pressions aux
autres points ont imniédiatement augmenté. mais elles ont presque aussitôt commcncd h
diminuer graduellement mEme si la pression au point d'injection restait stable :I un niveau de
2100 h 2500 kPü. Le débit dübsorption. quant à lui. a réagi comme la pression aux difffrents
points: i l était d e 4 lltnin après ce changement et a diminué jusqu'à devenir nul vers 9 h 44
(1 = 38 min) suite h quoi il est devenu irrégulier, variant d c O à 3 llmin pendant environ 2 h 3
min. Pendünt cette p6riode d'instübilité du debit, In pression au point d'injection augmentait.
niais n'avüit qu'une influence négligeable sur les autres points: signes qu'un changement de
point d'injection s'av6rüit nécessaire.
Vers 9 Il 5 0 (1 = 4 4 niin). l'injection a repris son cours au point 14 où In pression
oscillait aux alentours des 2200 h 7600 kPa. Alors que les points 7 et 12 n'ftaient aucunement
affectés, ;iffichani des pressions qui denieuraient constüntes ou presque nulles, I;i presaioii aux
autres points mais surtout aux points 6, 10. 11, 15, 16 et 17 ont initialement mont6 pour
baisser quelques instants plus tnrd (environ 2 min) et devenir beaucoup moins sensibles aux
itnporiüntes variations d e pressioii (de 2600 à 1300 k k i ) au point d'injection. Peiidant ce
temps, le dfbit itüit d'environ 2 Ilniin au dibut et diminuait progressivement vers 0 llmin pour
Cventuellement reüugmenter vers 10 h 0 4 (t = 58 min) atteipnani m h e un débit de 3 Ilmin.
Ce pliénoiiiéne n'était pns normal et était sans doute causé par une fuite au niveau de la t h
d'injection, qui rendait erronées les lectures de dibits. Ln valve difectucuse a étf çhangfe et
I'injection est repartie toujours au mdnie point (point 14) vers 10 h 7 8 (t = 82 min). M:ilgrC
une pression d e près de 2300 kPa au point d'injection, le dibi t et les pressions :lux autres
points n'ont quasiment pas rQgi, signe qu'il ftait nécessaire d e transférer le point d'injection.
Vers 10 h 35 (t = 89 min), I'injection repürtait au point 6 ;tvec une pression d'un peu
plus de 2500 kPii et la plupart des points. sauf 17 et 14, ont rizsi. leurs pressions augmentant
légèrement. Par contre, les points de la zone I CI 12 ont été beaucoup plus affect6s ;ivec des
augmentations d'environ 300 kPn comparütivement à environ 5 0 kPa pour les points de Iii
zone 13 à 24. La pression d'injection ne s'est jamais vrüiment stübilisk et dunint ce temps. le
débit qui affichait une valeur d e plus de 20 llmin immédiatement après le transfert du point
d'injectioii a rüpidement diminué à des valeurs tr2s basses (1 Ilmin) et irr6gulières. Lorsqu'il
est devenu très bas et que la pression semblait constante, on a décidé d e changcr
l'emplacement du point d'injection. (Figures B2 B6)
Vers 10 h 46 (t = 100 min). on procédait h l'injection h partir du point 13. La presion
d'injection initiale atteignait 2600 kPa pour rapidement diminuer h des valeurs d e
1900 h 2100 kPa. Durant cette période, les pressions ont été trks peu affectées par les
variations de la pression d'injection. Le débit, pour sa part. avec une valeur initiale de près de
3 0 Ilmin, s'est annulé en moins d e 2 min. Comme le débit était devenu nul et que les pressions
riagissaient trSs peu, la décision de changer le point d'injection s'imposait.
C'est pourquoi, on a repris les travaux nu point 2 vers 10 h i6 (t = 110 min). La
pression d'injection était alors d'environ 2500 kPn et affectait surtout les points situCs prks du
point d'injection (1, 3, 5. 8 et IO), dont les pressions ont augmenté d e 250 kPa. Le dCbit. lui,
suivait une tendance similaire h celle observée au point d'injection précédent: une valeur
initiale de prks d e 3 0 llmin qui diminue très rapidement et qui s'annule en moins de
10 min.
Vers I I h 12 (t = 126 min), les mCines phénomènes se sont répétis ;iu nouveau point
d'injection 4, sauf que le débit s'est annulé encorc plus riipidcnient, soit en moins de 3 min.
Un autre changement d e point d'injection était requis et il a eu lieu vers 1 1 h 22
(t = 136 min): c'est le point 20 qui a été choisi. Cette fois. la pression d'injection de 2500 kPa
a eu des effets (augmentation de 100 kPa) pour une b r h e période (moins de 2 min) sur
certains points limitrophes (18, 19 et 24). Le débit, toujours avec une valeur initiale élevie, a
aussi diminué rapidement, mais il était plutôt irrégulier oscillant entre O et 4 Ilmin jusqu'h
devenir complktement nul au bout d'environ 12 min. Ceci a provoqué le transfert du point
d'injection au point 18 vers I I h 37 (t = 151 min). La pression d'injection Ct;iit alors de
2600 kPa pour ensuite s e stabiliser autour de 2200 k R . Quand l'injection a recommencé. oii a
pu observer que les pressions h certains points (17. 19, 22 et 24) ont subi une légère hausse de
pression de 150 kPa. Par contre aprks environ 5 min, les pressions à tous les points sans
exception s':innulaient ou devenaient constantes. Le débit, encore une fois, montrait une
valeur initiale élevée d e plus d e 45 llmin pour trSs rapidenient diminuer aux environs de
2 llmin pour ensuite s'annuler en quelques minutes. C'est ainsi que vers I I h 5 2
(t = 166 min), on a mis fin à l'injection de la dalle 32. (Figures 8 2 h 8 6 )
Tout au long de cette injection, on a utilisé seulement une recette d e coulis h base de
ciment microfin Spinor A12 avec un WC volumique de 1.0 (WC massique = 0.75) additionné
d e 1 C/o en extrait sec d e superplastifiant à base de naphtaline étant donné que le débit s'est
toujours maintenu à des niveaux trks bas.
?c Point d'inicction \
24 23 -- 77 ? I qq TCic d'enu
D E ci honie di coulis
Figurc 6.9 Courbe d'isopression (kPii) au début (t = 34 min) de l'injection de la dalle 32
Des courbes d'isopression. montrant la distribution des pressions au sein de la fissure,
peuvent être tracées à tout moment durant I'injection, niais il a été choisi de seulement
presenter celle peu aprks le changement de point d'injection au point 7 survenu vers 9 h 40
(t = 34 min). La figure 6.9 montre que la pression diminue rapidement au fur et à mesure
que l'on s'éloigne du point d'injection. La géométrie de la fissure de m h e que la viscosité et
la cohésion du produit d'injection ont une influence ceriaine sur ce comportement. Par
ailleurs, il est clair en regardant les figures 8 3 à B6 qu'au début de I'injection, le
comportement des courbes d'isopression est sembl:ible à celui de la courbe d'isopénétration
puisque la pression se bâtit au fur et à mesure que le coulis atteint les différents points. Par la
suite, la pression à ces points suit les fluctuations de la pression au point d'injection jusqu'i ce
que commence le colmatage de In fissure. À ce moment, la pression aux différents points
devient beaucoup moins sensible aux variations de pression pour éventuellement devenir
constante ou nulle lorsque la fissure est colmatée.
Comnie la pression d'injection du coulis düns la fissure crie une force agissünt sur tout
1 . . L systeme . - dalle-biti. on devait exüminer püralltlement les pressions aux différents point5 et
les réactions aux cellules de charge; on s'apeqoit qu'ils suivent des tendances similaires. Ainsi,
si les pressions augmentent. les tensions vont, elles aussi, augmenter et elles diminueront
lorsque les pressions diminueront. Comme le montrent les figures 9 7 et 98. les cellules de
cliarge ont réagi d'une manière semblable tout au long de l'injection: elles ont toutes trks peu
varié malgré quelques Iégkres augmentations ponctuelles qui correspondaient avec
l'application de la pression suite aux différents changements de point d'injection comme vers
9 h 40 (t = 34 min) où on assiste ù une 1égt.r~ augmentütion de la tension suite à I'application
de la pression apri's un changement de point d'injection.
Parallklemrnt à l'observation des pressions, il est priniordial de vérifier si l'ouverture de
la fissure demeure stable. On s'intéresse donc aux variations de tension induites aux cellules
de cliarge. Initialement. des forces de réaction püssives d'environ 730 kN, soit au total 5500
kN, agissent sur le biti. De plus, les d8placements lus durant cette injection étaient très petits et
B In limite de résolution des capteurs de type LVDT. D'ailleurs. aucun déplacement cxplicüble
par les effets de l'injection n'a pu étre observé, seulement deux déplacements soudains ont été
enregistrés, soient au capteur 5 vers 10 h 53 (1 = 107 min) et au capteur 12 vers I I II 33
(t = 147 min) (Figures 9 9 et 910). Ces déplacements ne peuvent pas étre justifiés puisqu'ils
ont été observés durant des baisses gin8ralisées de pression juste avünt un transfert de point
d'injection: on croit qu'ils ont été provoqués par inadvertance par un des intervenants lors du
transfert de point d'injection.
Carottage de la dalle
Les résultats dimontrent que la dicompression de la dalle n'a pas affecté l'adhérence
outre mesure, car la plupart des carottes retirées étaient et sont demeurées intactes au niveau
de la fissure. Le carottage permettait aussi de vérifier la qualité de I'injection, la propügation
du coulis et l'ouverture de la fissure injectée. Les diffgrentes carottes (Figures BI 1 à 914)
portent à croire que cette injection de coulis stable était réussie: le coulis s'est bien propagil
pour réparer ad8quatement la fissure fine d'une ouverture de 0,I mm ù 0,4 mni.
6.3 Dalle 33
Figure 6.11 Dalle 33 dans le bâti métallique
De son côté, la dalle en béton no 33 a été injectée au Laboratoire Béton de la VPTI
(Hydro-Québec) le 3 avril 1996. Elle avait dté Fabriquée le 16 juin 1992 et I'issurée
le 28 mars 1996. La figure 6.1 1 montre In dalle 33 placée dans le bâti où l'on peut voir deux
systèmes différents de précontraintes latérales pour colmater des fissüres indésirables. La
Fissure entre les tiges filetées 3 et 6 a pu Stre colmatée, mais celle à l'extrémité du bâti i.-e.
entre les tiges I et 8 n'a pu qu'être partiellement colmatée, ce qui aura une légère influence sur
les résultats des travaux puisque la dalle est ouverte à deux endroits au lieu d'un seul comme
c'était le cas pour les deux injections précédentes.
De plus. quelques jours avant d'injecter la dalle. il a été décidé de procéder ù un essni
d'eau instrumenté. D'ailleurs, toutes les courbes nécessaires A l'analyse des résultats de l'essai
d'eau et de ceux de l'injection sont présentées à I'annexe C.
Essai d'eau
L'essai d'enu a eu lieu le I e r avril 1996, deux jours avant I'injection comme telle. I1 ;I
permis de v6rifier et tester le fonctionnemcnt du nouvel iquipement. c'est-h-dire I'unitC
comprenant le malaxeur centrifuge. I'agitateur et la pompe 3 piston. Cet e s a i rend aussi
possible la compuraison des comportements d'un fluide Newtonien. I'eau el d'un fluide cohirif
Binghamien, Ie coulis de ciment.
Le premier phinomkne d'intCrSt que 1,011 observe est qu'une hible pression est
nicessaire (environ 700 kPa) pour obtenir un dibit d'absorption autour de 10 Ilrnin
(Figure CZ) nlors qu'habituellement pour des coulis des pressions de 2400 kPn engendrc de5
dCbitb de I'ordre de 4 h 5 Ilniin.
On rcmnrque aussi aux figures C3 B C6 que toutes les pressions aux difKrents points
rCagissent immCdiatenient et tous de la m h e nrnniCre 3 I'applicntion el aux fluctuations de la
pression du point d'injection, soir le point 7. On y voit que la pcrte de charge n'est pas 1ri.s
significative et qu'elle est plus importante 3 mesure que I'on s'tiloignc du point d'injcction el
que I'on approche de In tete d'eau, situte 3 proximiti dcs points 22 et 23.
Le h i t quc les rhctions aux cellules dc ch;~rge rtiagissent :~ussi inlm6diatement h
I'applicntion ct aux fluctuations de la pression d'injection et que toutes les cellules ohservent
sensiblement le n i h e comportement, quelque soit leur position par rapport ;IU point
d'injection est intCressant. (Figure C7 el C8) Ce phinomene est certainernent lit2 3 la hible
risistance qu'offre I'eau durant la pCnCtmtion. Par contre. il cst Ctonnant de constater que
I'amplitude de la variation de la tension des cellules est plut8t faible 3 seulement quelques
5 kN. Mais cette faible amplitude est trompeuse: en effet un simple cnlcul, oh on assume une
distribution uniforme de 200 kPa sur route la surface dc la dalle, soit environ 3 m2. dimontrc
que la force totale ainsi trite est de 600 kN. En assumant que cette force est transf6rCe
uniformiment dans les 8 tiges, cela supposerait une ;lugmentation de plus de 75 !iN par
cellule. On peut conclure que la prticontrainte du bnnc d'essai joue ban rBle en limitant
3 5 h 10 C/o la variation de la tension, ce qui a pour consiquence de riduire au minimum les
dCplacements. (Figures C9 et C10)
Injection
Pour l'injection de cette dalle. un coulis h base de ciment Ponland type 30 additionné
d'un superplastifiant h base de naphtaline (1 9) a été utilisé. La composition des mélanges
testés et leurs carüctéristiques rhiologiques (Tribleüu C l ) ainsi que toutes les courbes
nécessaires h I'iinalyse des résultats et toutes les photos concernant l'injection de In dalle 33
sont présentés 3 l'annexe C.
Vers 9 II 20 (3 avril 1996). on a effectue ù l'aide de la ponipe un essai d'cau :lu
point I I pour vérifier l'importance de la fuite au niveau de la lame du côté des points ABC.
qui s'est avérfe accepiable.
Vers 10 h 10 conimï i l était impossible de simuler adéquatement la tCte d'eau iiu point
E. il a :té décidé de transférer la téte d'cm au point 1.
Vers IO h 32 (t = O min), l'injection a débuté au point 20 en utilisant le point I
conimc tkte d'cau et un coulis de cinient Portland type 30 avec I 9 en extrait sec de
superpliistifiant h base de naphtaline. À ce moment. la pression initiale itu point d'injection
était d'environ 2200 kPa, mais elle ii rapidement diniinuf B près de 500 kPa. Le dibit avec ilne
valeur initiale de prcs de 5 llmin a aussi suivi cette tendance devenant m h e nul aprés environ
3 min. Ccs phinombnes sont difficiles h expliquer et sont sûrement 1ii conséquence d'un
contr6le inadéquat de la nouvelle pompe. (Figures CI I ÿ. DIS)
Px contre aprés un peu plus de 5 min soit vers 10 h 37 (1 = 5 min), la pression à dcs
valeurs variant de 450 ù 1100 kPa et le débit oscillant entre 3 et 4 llmin ont cominencf h se
comporter d'une maniire plus normale et on a pu obscrver des augmentationï de pression aux
i~utres points, résultat de la pression qui se bâtit suite B la fermeture de la valve quand le coulis
les a atteints. La séquence de pénétration du coulis peut étre visualisée ù l'aide d'une courbe
d'isope2nétration (Figure 6.12). qui représente le temps nécessaire au coulis pour qu'il iiiteignc
les diff6rents points de la dalle. Elle permet d'évaluer I'intercommunication de la fissure. On
peut donc consiater que le coulis s'est propagé radialement h partir du point d'injection. Ln
lissure était cependant plus fine au niveau des points 17, 18. 21 et 22 où un délai plus long a
été observé bien qu'ils soient situés p r h du point d'injection.
Par ailleurs. des courbes d'isopression, montrant la distribution des pressions au sein de
la fissure, peuvent Stre tracées 3 tout moment durant I'injection. mais il a été choisi de
seulement prisenter celle peu aprks le dibut de l'injection vers I I h 00 (t = 28 min)
(Figure 6.13). Cette figure montre que la pression diminue rapidement au fur et à mebure que
l'on s'éloigne du point d'injection. La giométrie de la fissure de mSme que la viscosit6 et la
cohCsion du produit d'injection ont une influence certaine sur ce comportement. Ainsi. on
s'aperçoit en examinant parallklement les courbes d'isopression et d'isopCnCtration que In
pression diminue beaucoup plus rapidement là où la fissure est plus fine
Point d'injectioi
Figure 6.12 Courbe d'isopéndtration (sec) de la dalle 33
C'est d'ailleurs à partir de ce moment que la pression au point d'injection s'est mise à
augmenter graduellement, passant de 450 kPa à 1800 kPe avec une pointe à 2100 kPü vers
10 h 58 (t = 26 min) et une autre de 2450 kPa vers I I h 05 (t = 33 min). Cette pointe de
pression au-delù de 2200 kPa est immidiatement suivie d'une chute de pression et d'une
:iugineniütion soudaine du dibit. consiquence de I'nction d e In valve automütiquc d e contrî\lc
qui limite la pression d'injection ù 2240 kPa. L'augmentation importante du dibi t attribuable
i la valve d e contrôle b de:; valeurs dL'passant les 15 litnin est justifinble: en effet. la valve
perniet une riduction d c la pression grice h I'ouverrure d'une valve qui laisse L'chapper un
volume de coulis assez important en peu d e temps. La pression aux autres points, nnlgrL'
l'augmentation graduelle de la pression au point d'injection, n'a guSre CtC influencie. si ce
n'est une Iégkre büisse graduelle, ù des valeurs se situant entre 150 et 250 kPa. Durant ce laps
d e temps. le dL'bit d'injection a suivi une tendance inverse ù celle d e Iü pression d'injection. il
est graduellement devenu nul suite aprés woi r niontri. une valeur initiale de prè5 de 4.5 Iltnin.
(Figures CI I ù C15)
Point d'injection 1704 kPü -
Figure 6.13 Courbe d'isopression (kPa) h I I h 00 (t = 28 min) de I'injection de Iü dalle 33
C'est la raison qui explique le changement de point d'injection qui a eu lieu vers
I I h 15 (t = 43 min). L'injection est ensuite repartie au point 14 et cette fois la pression et le
dtbit ont affiché des comportements semblables. En effet, il est claire que. sur la pCriode de
I I h 22 (t = 50 min) à I I h 42 (t = 70 min), ces paramètres vont augnienter et diminuer en
inPme temps. Durant cette ptriode. la pression est pasCe de 2300 à environ 1000 kPa pour se
stabiliser aux environs de 2000 kPa. Le dtbit, pour sa part, a varié de 5 à O llmin avec une
ptriode plus stable entre 1 et 3 Ilmin. La pression aux autres points plut61 unifornie ;lux
alentours de 200 à 250 kPa Ctait sensible aux variations de Iii pression d'injection
immédiatement après le changement de point, mais cette sensibilité s'est quelque peu atttnuCc
lorsque le débit a commencé à diminuer: tous deux signes du colmatage progressif de la
fissure. C'est aussi vers II h 22 (t = 50 min) que I'on remarque les effets de la thixotropie du
coulis. En effet. ce coulis, s'il n'est püs soumis b une pression suffisante, va dtcanter très vite.
C'est entre autres pourquoi la pression d'injection :iu point 14 senible diminuer si on se rtfère
à I'anncxe C figures C2 et C3, qui montre la pression aux différents points de la dalle. Par
contre. en examinant la figure CI de l'Annexe C montrant In pression dans le boy:iu
d'injection, on se rend compte que la pression va plut61 en augmentant. Ceci laisse prtsager
que le coulis s'est dtposé sur le capteur de pression. Ce phénomène va affecter les données
des pressions aux difftrents recueillies surtout vers la fin d'une séquence d'injection à un point
d'injection donné, soit vers I I h 27 (1 = 55 min) pour le point 14 et vers
1 I h 49 (t = 77 min) pour le point 21. (Figures CI I à C15)
Vers I I h 45 (t = 73 min). après que le débit s'est annulé malgré une pression élevée.
il a CtC décidé de transférer le point d'injection au point 21. Durant les quelques niinutes qui
ont suivi (environ 15 min), la pression et le débit à ce point étaient très instables, le débit
variant de O i des valeurs de prils de 20 Ilmin. Ceci est sans doute lié à I'utilisütion de la valve
de contr6le de surpression au point d'injection. C'est pourquoi on peut relier les débits
importants aux baisses soudaines de pression au point d'injection. Ces indices et la ires faible
sensibilité des autres points aux fluctuations de la pression portent à croire que ce point 21
était déjà colmatt.
II fallait donc changer de point d'injection et c'est vers I I h 5 (t = 87 min) qu'il est
survenu et le point II a été choisi B cet effet. C'est aussi à ce moment qu'on a décidé de
modifier la recette en passant d'un rapport WC volumique de 0.7 (WC massique = 0.63) à 0.6
(WC massique = 0.5). Ceci avait été rendu nécessaire puisque des fuites importantes avaient été
observées.
I I I
A partir de ce moment et pour le reste de l'injection. la pression oscillant entre 1400 et
2300 kPa avez une baisse momentanée à environ 750 kPa \.ers 12 h 14 ( t = 102 min) et le
dibit variant de 0 à 5 Ilniin a éti très instable. hlalgri cette instabilité de la pression nu point
d'injection, In pression aux différents points s'est montrie très peu affectie et est demeurce très b. - . .is.\e à moins de 150 kPa: le coliwtage de la fissure en Ctait sans doute la cause. Par contre.
on remarque une tendance ividente: tout au long de cette période. la pression d'injection
augmente jusqu'aux alentours de 2300 kPa pour redescendre subitement. Ce coniportenient
montre que la valve de contrôle a joui son rôle en limitant la pression. Le dibit d'injection.
qui diminue graduellement après qu'une \deur initiale de 4.5 Ilmin a éti obaervie, a encore
riagi à l'inverse de la pression en augmentant rapidement suites aux baisses subites de
pression. Finalement. un dbbit très faible correspondant à la perte observée à la fissure ou\wte
au niveau de la lame du côté des points ABC ainsi qu'une fable sensibilité des autre5 points
aux fluctuations de pression laissaient croire que la inajcüre de la fissure itait c«liii;itCc et que
le coulis suivait un trajet prifirentiel pour s'icouler de la fissure; c'est pour cette raihoil que
I'on a dicidé de mettre fin B l'injection de cette dalle vers 12 h 38 (t = 126 min).
(Figures CI 1 à C15)
Lors d'une injection, il importe d'cxaminer le comportement des forces de riaction
aux cellules de charge. On reniarque aux figures C l6 et C17. qui montrent I:i variation des
forces de réaction, que tout au long de l'injection celles-ci ne varient pas beaucoup avec une
:miplitude maximale de moins de 10 kN. Cependmt. sachant que le b8ii a ité pricontniint i
près de 6400 kN, soit environ 800 kN par tige filetir. dans le but de restreindre au minimum
les amplitudes des variations de la tension de ces tiges et des déplacrments qui en risulteraieni.
on doit se rappeler que cette variation durant l'essai d'eau elle ne représentait que 5 à 10 % de
la Force rielle appliquée. On doit donc s'aitendrc à des forces beaucoup plu> importantes
durant une injection où les forces de riaction ne sont pas nécessairement attinuis de la sorte.
Évidemment, la structure, par son poids propre. sa giométrie slmcturale ou par d'autrcs
moyens (ancrages. prCconirainte, etc.) va pouvoir contrecarrer ces effets dans la plupart des
cas, mais il faut tout de mCme réaliser que les forces crCCes durant les injectiom en ch;iniicr
sont beaucoup plus grandes que ce que I'on mesure en laboratoire.
Si on regarde la mime figure. on y voit que toutes Les cellules de charge vont varier
d'une manikre semblable. et ce quelque soit leur emplacement par rapport au point
d'injection. Comme tous les autres paramètres sont gardfs constants, seuls le dibit. la pression
et le changement de rapport EIC peuvent influencer le comportement du coulis. Afin de
dfterminer les diverses influences de ces paramittres. il est intfressant d'analyser les trois
graphiques suivants qui comparent leur évolution respcctive en fonction du temps: la pression
et le débit (Figure C l l ) , la réaction aux cellules de charge et la pression
(Figure C18) ainsi que la réaction aux cellules de charge et le dibit
(Figure Cl9).
Le premier graphique (Figure CI 1 ) montre que, comme on s'y attend dans la pluparc
des cas, l'injection dibute avec un certain dfbit à une pression donnée et par la suite on
remarque qu'h mesure que I'ahsorption diminue alors que la pression augniente jusqu'à ce que
le débit devienne nul quand la pression de refus est atteinte suite h un colmatage de cette
portion de la fissure. Le second (Figure C18). illustrünt la pression et les rCxtions, permet de
constater que la pression influence surtout les rfactions immfdiaternent après que l'injection
dehure ou reprenne suite à un changement de point d'injection. Ensuite, les cellules
deviennent moins sensibles à l'action de la pression d'injection: on remarque meme qu'aprés
un certains temps, les réactions vont diminuer malgré une augmcntaiion de la pression. Ce
phhomène est cenüinement lié au colmatage progressif de In fissure. En effet, une fois que le
coulis a rempli celle-ci sur son rayon maximal d'action. sa thixotropie peut le rendre plus
piteux, ce qui attinue ses capacités è transmettre la pression. Le troisième graphique
(Figure C19). où sont illustris le debit et les rhctions aux cellules de charge, permet de
constater que le dibit influence aussi les réactions. mais h l'inverse de In pression. Ainsi au
dfbut, le débit n'affecte pas vraiment les r6actions: les charges restent stables ou ;iugtnentent
tnalgrf une haisse de débit. Cependant aprks un ceriüin laps de temps. qui correspond ù celui
où la pression perd de son influence, les cellules augmentent ou diminuent conime le fait le
débit. Ceci pourrait Ctre explicüble par l'action du coulis poussünt sur la pile de coulis. qui.
sans transmettre la pression. crfer des forces de réaction au niveau de la fissure. C'est sans
doute pour cette raison que la pression h un certain moment se met h augmenter puisque la
force requise pour déplacer la pâte est plus grande que celle requise pour déplacer le coulis.
C'est pourquoi durant une véritable injection en chantier, on doit non seulement tenir compte
de la pression, inüis il est trbs important de surveiller aussi le ddbit pour éviter les risques dc
propagation des fissures.
Ces forces d e réaction peuvent engendrer des déplacements. Ceux-ci sont limités au
minimum par l'action du biti, c e qui explique que durant cette injection, ils étaient trks petits
et à la liniite de résolution des capteurs de type LVDT. D'ailleurs. seulement un déplacement
explicable par les effets d e l'injection a pu Stre observé au capteur 8 vers 1 0 h 4 2
(t = 101 min) (Figures C20 et C21). Celui-ci coïncide avec l'instant où la pression commence
à se bâtir. Les autres déplacements ne peuvent pas être justifiés puisqu'ils ont été observés
durant des baisses généralisées d e pression juste avant un transfert de point d'injection: on
croit qu'ils ont ét6 provoqués par inadvertance par un des intervenants lors du transfert de
point d'injection.
Carottage d e la dalle
La qualité des différentes carottes. dont la plupart sont restées intactes
(Figurer C22 à C27), portent à croire que cette injection d e coulis stable itait riussie. On peut
conclure que le coulis s'est bien propagé pour réparer adéquatement des fissures de 0.3 à 0.6
min.
6.4 Conclusions et recommandations a Les injections en laboratoire des grandes dalles d e béton pour riiiiuler In réparation
des fissures communicantes avec le réservoir des barrages d e bCton ont permis de faire
ressortir de nombreuses observations intéressantes. On a en effet pi1 coiicliirc que:
la pini t rat ion des coulis dipend essentiellement d e Iciirh c;ir;ictéristiqucs
rhCologiques et d e la niorphologie d e la fissure;
la pression s'attinue très rapidement au fur et à mesure que l'on \'éloigne du trou
d'injection:
. I'Ccoulement n'est pas uniformément radial. il suit plutôt un trajet prCiCrenticl, i.-c.
celui qui offre le moins de risistance;
la pression cree des forces de soulèvement qui sont proportionnelles à la pression
appliquée et qui suivent ses fluctuations:
l'injection se déroule en deux étapes: l'écoulement et la s6dimcntation du coulis;
le produit d'injection doit t t re choisi en fonction des caractéristiquer du milieu à
traiter (morphologie de la fissure, température, degré d'humidité. e tc . )
les tpoxys montrent une bonne pénétrabilité dans les fissures fines, mais ils
montrent des problèmes d e prise et d'adhérence h basse temptrnture et en milieu
humide:
l'utilisation d e coulis de ciment Portland ou microfin avec des propriétés qui se
rapprochent de celles du béton et qui performent bien à basse température est
recommandte pour réparer les barrages;
la sélection de l'équipement et des instruments d e mesure joue un rôle majeur
pour assurer le succos d e I'injection. Cette injection expt5rimentale n rendu
possible I'expérinientation de plusieurs équipements d'injection et instrumrnts de
mesure. susceptibles d'ztre utilist5s lors de futurs trüvaux in situ. Par exemple.
I'utilisatioii d'un malaxeur centrifuge est suggérée pour obtenir des coulis
uniformes et de bonne qualité. Les instruments de mesure devraient aussi ;ire
reliés 3 un syrt2me d'acquisition de données pour un meilleur contrôle des
différents param2tres lors des injections:
ces injections expérimentales ont rendu possible I'exp6riincntiition de nouveaux
équipenienta d'injection susceptibles d'être utilisCs lors de futurs travitux in situ.
La nouvelle pompe à piston et une valve d e contrôle iiutoiiiatiquc ont bien
perforiii6 et ont contribué au succès de I'injection:
les diverses inAhodes d'investigation non d e s t ~ c l i v e ~ peuvent aider b localiser la
fissure à injecter ou fi vérifier la qualité de I'injection résultante:
comparer les diffCrentes injections est un exercice difficile bien que wiaiblenient
les mêinea procCdures d'essais nient été respectées. En effet, la morphologie de la
fissure et lcï cariictéristiques rhéologiques du coulis influencent grandement les
divers piir;imètrc~ d'injection.
Les injections des diillcs 3 1. 32 et 33 avec des coulis stübles B base de ciment Portland
ou d e ciment microfin avec I '2 en extrait sec de superplastifiant B base de naphtaline ont fait
ressortir plusieurs points inti.rrs\ants. Lors des injections de ces dalles. des coulis stables de
rapport WC = 1.0 (WC masslque = 0.75) ou moins avec un supcrplaatifiant ont été utilisés. Ce
rapport eau-cimcnt est füible comparativement à ceux des coulis dejà utilisés pour l'injection
des fissures plongeantes du bürrage Daniel-Johnson, soit WC = 5,O (EIC niassique = 3-75). Ces
coulis possSden1 de. carüct6ristiques rhéologiques comparables aux coulis de rapports E/C
rapports EIC plus élevds (viscosité) en plus d'une meilleure stabilité et de meilleures
caractéristiques micaniques (résistance mécanique, temps de prise, etc.). Ces injections ont
fait ressortir les points suivants:
- l'utilisation d'un superplastifiant dans les mélanges assure une bonne dispersion
des grains de ciment et diminue la viscosité du coulis. ce qui augmente leur
pouvoir de pknétration et rend mSme possible l'injection de fissures fines
(0.1 B 0.5 mm) par un coulis de ciment Portland type 10:
- les coulis stables ont consolidé adéquatement les dalles durünt les injections de
fissures horizontales: leur propagation était bonne et leur adhérence excellente
malgré que les fissures éiÿient fines, la plupart des carottes étant restées intactes ail
niveau de la fissure.
au cours de chacune des injections, aucun blocage ne s'est produit autant dans les
boyaux que les divers équipenients ou instruments:
quand on injecte le coulis, la pression s'atténue plus rapidement que durtint une
injection d'eau plus on s'éloigne du point d'injection: et si la fissure est très fine et
le coulis stable, la pression du coulis va s'atténuer encore pliis r;ipideinent.
Cependant l'ouverture de la fissure affecte très peu le comportement de la
pression aux différents points durant l'essai d'eau;
il est claire, comme c'est le cas pour la dalle 33, que le débit d'absorption est
moins élevé que ceux observés au cours des autres injections étant donné que le
coulis était plus visqueux et son seuil de cisaillement plus élevé;
même si la pression s'atténue très rapidement plus on s'éloigne du point
d'injection, on doit non seulement contrôler la pression, inais il est t r h important
de surveiller aussi le débit pour éviter les risques de propagation des fissures:
= Iü finesse de la fissure ralentit et limite la propagation du coulis. il a donc fiillu
transférer le point d'injection pour colm;iter toute la fissure plus souvent que
durant les injections antérieures de coulis instables;
* diirant l'injection de la dalle 33, le coulis de ciment type 30 ft:iit trés
thixotropique: il décaniait trcs vite quand il n'éiait pas soumis B une pression ou B
un débit suffisant. On se doit donc d ' h e vigilant pour éviter le blocage des
boyaux. II faut aussi éviter d'arrtter et d e repartir inutilement une injection 3 un
point donné puisqu'il pourrait arriver que la pression appliquée soit insuffisante
pour engendrer la propagation du coulis. ce qui résulterait en un colmatage
prémüturi e t incomplet d e la fissure traitée:
dans le cüs des trois injections, le temps d'injection a été rtduit: pour la dalle 33
a p r k à peine 2 heures seulement. la dalle était compl?tement injectée mdgré une
ouverture importante de la fissure (0.6 mm):
Cependant, quelques ajustements pourraient Gtre apporté à ces essais en Iaboratoirc.
Ces changements. quoi que mineurs. en plus de faciliter grandement dans certains cas I:i tiche
pour la préparation, les injections permettraient d e comparer plus adéquatenient les
différentes injections entre elles et mtme de faire ressortir des points nouveaux. II serait entre
autres possibles de:
. riévaluer la conception des dalles pour les rendre plus rigide et ainsi éviter
qu'elles ne se fracturen! à des endroits iiiipr6vus:
- injecter des fissures d'ouverture sembliible pour Ctre en mesure d e mieux
comparer les produits et les méthodes:
effectuer des injections sans la précontrüinte du banc pour évaluer plus
pr6cisSment l'influence de la pression et du débit sur les forces d e réaction et les
déplacements durant les différentes phases de l'injection:
injecter des coulis t r k Cpais 3 partir d'une extrémité pour suivre leur propagation
et la distribution des pressions;
alors que I'injection a lieu à une des extrtmités, appliquer la tete d'eau 3 une série
d e points centraux simulant ainsi une fissure ouverte sur une plus grande distance
afin d e vérifier les effets de la tete d'eau sur la propagation et la distribution des
pressions.
7.0 Conclusions e t recommandations gCnerales
Sachant d e prime abord que toutes les structures de bi ton vont Cventuellement
souffrir d'une forme ou d'une autre de di t i r iont ion, il importe de soit les entretenir ou de les
riparer pour qu'elles soient aptes 1 remplir leurs r6les. De cette manitre, afin de rh l i se r des
tnvaux d'entretien ou d e rifection d e qualit6 et durable, il est primordial de determiner la ou
les cause(s) du p r o b l h e . C'est pourquoi quand vient le temps de remidier h des p r o b l h e s
de fissuration. on doit d'abord inspecter I'ouvrage non seulement pour determiner Ie type d e
fissure et sa morphologie, mais aussi pour savoir quelles son1 les conditions d'exposition de
cette fissure et de l'ouvnge. Ceci est absolument nicessaire pour effectuer un choix eclair6 de
la mithode i suivre et des produits de riparation h utiliser pour obtenir les meilleurs risultatz
possibles.
C'est d'autant plus vrai si I'on dtkide de recourir h I'injection pour riparer un ouvrage
de biton. En effet, chaque chantier d'injection est parliculier el il faut adapter I'approche aux
conditions de chacun puisqu'aucune procidure n'est d'usage giniral . Par contre, dfcider quelz
mithodes, procidures, equipements ou produir sont les plus appropriis devient trks difficilc
dans certaines situations surtout que I'injection constitue une technique oh il est Irks difficile.
m h e pratiquement impossible. par des moyens directs de voir la fissure B traitcr ou de juger
de la qualiti des travaux. C'est stirement In raison qui expliquu pourquoi il existe plusieurs
visions et par le fait m h e , plusieurs approahus. DL' plus, nombreux sont ceux qui suggkrent
que la maitrise de cette technique passe autant par une solide cxpirience que par de vastcz
connaissnnces.
Lcs diffiients essais d'injection rCalisCs h I'Hydro-Quebec ont permis de micux
comprendre le comportement du coulis d'inject~on 1 I'intirieur d'une fissure. L'nnalysc des
risultats des travaux d'injection a conduit d dcs conclusions pratiques concernant la
distribution des pressions et la pinetration du coulis 3 I'intirieur d'une fissure durant
I'injection: la morphologie de la fissure et Ies car;rct6ristiques rheologiques des coulis
influencent la distribution des pressions au scin d e la fissure et le coulis suit un traiet
prifirenticl. celui offrant le moins de rkis ta~lce.
Ces etudes ont aussi dimontr i dans le cab des injections de structures hydrauliques de
biton soumises h des conditions climatiques rigoureuses que les coulis chimiques. epoxydes
ou polyurithannes, tprouvent des probli.mes de prise et d'adhirence alors que les coulis 3
base de ciment, Portland ou microfin, quant h eux, performent trits bien avec des proprii.t&
semblables à celles du béton et ce, mime s'ils sont injectés h basse tenipérüture. Les coulis de
ciment niicrofin, qui montre une pénétrabilité accrue @ce h leur fine grnnulométrie. sont
pnniculièrement recommindés pour l'injection des microfissures.
De leur côté. les plus récentes simulations d'injection en laboratoire contenues dans ce
mémoire semblent démontrer que l'injection de coulis sinbles donne des resultats supérieurs h
ceux des injections expérimentales antérieures autant celles menées dans le cadre du minie
projet que celles menées par d'autres organismes où ce sont sunout des coulis instables qui
avaient été utilisés. II a en effet Cté possible d'injecter de griindes dalles et consolider des
fissures horizontales de traction de 0.1 h 0,6 mm avec ces coulis sinbles à bnse de cinient alors
que c'est un ninnque flagrnnt d'adherence qui caractérisait toutes les autres injections en
Iaborntoire.
Ainsi pour obtenir ces coulis stables h base de ciment. on doit s'assurer d'utiliacr le
rüppon EIC le plus faible possible selon le produit injecté pour minimiser la quantité d'eau
injectée et ajouter du superplastifiant cc qui résulte en un coulis de caractéristiques
rhéologiques semblables h celles des coulis de rapport EIC plus élevé tout en gardant de
incilleurs caractéristiques mécaniques. II est aussi reconiniandé de prendre soin de tester les
produits ou les adjuvants afin de s'assurer qu'ils se comportent bien comme on s'y iittendait et
qu'ils soient compatibles entre eux.
D'ailleurs, l'utilisation d'un coulis stable, ayant des carnctéristique5 rhéologiques
contrôlCes, diminue les risques d'une früctur~tion hydriiulique lors de l'injection d'une fissure
fermée. C'est pourquoi il peut Ztre utile de suivre la méthode d'injection du G.I.N. Cette
niéthode en plus de suggerer l'utilisation de coulis stables en tout temps exige que I'on
surveille attentivement I'évolution en temps rCel de la pression d'injection et du volume total
de coulis injecté pour ainsi limiter l'énergie injectée. Injecter selon le G.I.N. est
pnniculièrement souhaitable pour les injections de fissures fermées où il faut Gtre très pmdent:
i. e. où il faut éviter tout risque de diplacement ou de surpressions qui pourr;iient aggraver le
problème existant de fissuration. Par contre, il est trés difficile d'adapter cette méthode aux
fissures ouvertes étant donné que, dans la mijoriié de ces injections, il est presque impossible
de determiner quelle est la proponion de coulis reste vraiment dans la fissure. Dans ces cas. il
est préférable d'injecter selon la méthode classique modifiée, qui allie les procédures de Iii
méthode classique, mais où des coulis stables sont utilisés. Cette methode d'injection demande
comme le G.I.N. le suivi en temps réel h l'aide d'un système d'acquisition de données pour
suivre les paramètres d'injection si I'on injecte dans des conditions délicates.
Néanmoins, comme aucune mithode ou procédure ne peut Stre généralisée h tous les
chantiers, il fnut dans certains cas, où I'int6grité stmcturnle pourrait Ctre compromise par
I'injection, recourir à des analyses structurales poussees pour déterminer des paramètres
d'injection efficaces et sécuritaires.
Par contre, avant de procider à une injection, il est toujours préfirable d'effectuer des
essais d'eau exploratoires et préliminaires. Ces essnis sont très pratiques et permettent d'avoir
une idie du comportement de l'injection et de ditecter des troubles potentiels. Cependant. ces
essais doivent Stre effectués avec pmdence parce que l'eau subit au sein de la fissure des pertes
de charge beaucoup moins importantes que les coulis et cela peut crier des forces de
soulèvement tri% grnndes et propager la fissure trnitée.
Les iquipements et les instmments jouent un rôle de premier plan dans la réussite
d'une injection, Pour obtenir des coulis de haute qualité. on suggère de se servir de!.
malaxeurs centrifuges. Ceux-ci avec une énergie de nialaxagr plus grnndc permettent de
malaxer des coulis plus uniformes avec des particules mieux lubrifiies pour une meilleure
pénétrabilité. L'utilisation d'un réseau d'instrunients relies à un système d'acquisition de
données est aussi tris avantageux pour suivre et analyser les divers paramètres durent le
déroulement de l'injection de même que pour gérer les instruments de contrôle automatique.
comme la valve de contrôle de la surpression ou les diffirentes alarmes en cas d'incident.
Évidemment tous ces instruments sont utilisés dans des projets qui en valent la peine
iconomiquement et techniquement.
8.0 Bibliographie
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Jg Annexe A
Résultats de l'injection de la dalle 31
Capteurs de pression 0 Capteurs de déplacement
O Cellules de charge @ Carottes
- - - - - - - - - - - - - - - - - 4- 1 2 . Q Il* I O 0 6 3 9 . 4 -
8 0 7 0 6 O 5 O
Tête d'eau et sortie de coulis
,4e Point d'injection
- - - I
O ; 1 - - - - , Se Point d'injection
Ze Point d'injection
- 3e Point d'injection
Figure A l Configuration de la dalle 3 1
Débit (Ilmin) vi (U
O (U 2 2 v, O
O 100 200 300 400 500 Temps (min)
Figure A7 Variation des forces de réaction (cellules 1 à 4)
O 100 200 300 400 500 Temps (min)
F-gure A8 Variation des forces de réaction (cellules 5 à 8)
-0.05 O 100 200 300 400 500
Temps (min)
Figure A9 Déplacements (capteurs 1 à 6)
- - E H - .O 0 C)
-0.05 O 100 200 300 400 500
Temps (min)
Figure A10 Déplacements (capteurs 7 à 12)
Figure A l 1 Carotte 8 3 montrant une fissure injectée de 0.6 mm
Figure A12 Carotte B4 montrant ilne fissure injectée de 0.33 inm
Figure A13 Crirotte B5 montrant une fissure injectée de 0.25 inm
Figure A14 Carotte 86 montrant ilne fitsure injectée de 0,2 min
Figure A15 Deux parties de la dalle 31
Figure A16 Partie inftrieure de la dalle 31
Annexe B
Résultats de l'injection de la dalle 32
0 Capteurs de pression 0 Capteurs de déplacement
O Cellules de charge @ Carottes
Figure B1 Configuration de la dalle 32
6e Point d'injection
4e Point d'injection
3 . 2 . 2e Point d'injcction
- - - 6 1 O
I
Se Point d'injection
- - - I
- ---- - - - - - - D. E . *+ /
2c Essai d'eau \ TSte Geau et sortie de coulis
12. 11. 10. 9 a 4 8 0 7 0 6 O 5 O
16. 15. 14 13 * let Point d'injection
~ 5 e Point d'injection
3e Point d'injection
I
- - - - - - - - - - - - - - - - b 20. 19. 18 l 9 e Point d'injection
120 110 10 O 9 O
24. 23. 22 0' 21 8
Débit (Umin) 3 00 \O d CI1 O
O 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 Temps (min)
Figure B7 Variation des forces de réaction (cellules 1 à 4)
I I I I I I I I I I I I l I I l I I I I I I I I I I , I I I I
O 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 Temps (min)
Figure B8 Variation des forces de réaction (cellules 5 à 8)
1 1 1 1
-0.05 " ' ~ ' " ~ " " , , ' , ~ ' ~ ~ ' ! ~ , ~ ' , l ~ , ' , a i
O 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 Temps (min)
Figure B9 Déplacements (capteurs 1 h 6)
-0.05 O 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165
Temps (min)
Figure BI0 Déplacements (capteurs 7 à 12)
Figure BI1 Carorte BI montrant une fissure injectée de 0.1 inm
Annexe C
Résultats de l'essai d'eau et
de l'injection de la dalle 33
**Capteun de pression O Capteurs de déplacement
O Cellules de charge @ Carottes
Point dPnjection Tête d'eau et pour i'essY d'eau -
C * B * A .
Se Point d'injection
4c Point d'injection 1 - - - - - -
6 1 O
ler Point d'injection
- - - I
5 ' 0 - - - - - - - - - - - D. E.
l Téte d'eau et sortie d'eau pour i'cssai d'eau
Figure C l Configuration de la dalle 33
- -
8 0 7 0 6 O 5 O .a 14 13
- ---------------..-____
I - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - . . - - -
@ 19. 18 17 I I O @ 100 9 O
24* 23. 22 @ 21 - . - - - - - - - - - - - -
NI
2e Point d'injection
0 1 3 I
3e Point d'injection
Débit (Ymin) in Pl
O <U 3 3 m
O 25 30 35 40
Temps (min)
Figure C3 Variation de la pression dunnt i'essai d'eau (capteurs 1 à 6)
25 30 35 40 Temps (min)
Figure C4 variation de la pression durant i'essai d'eau (capteurs 7 A 12)
200
O 25 30 35 40
Temps (min)
Figure CS Variation de la pression dunnt l'essai d'eau (capteurs 13 à 18)
1 1 I
25 30 35 40 Temps (min)
Figure C6 Variation de la pression durant l'essai d'eau (capteurs 19 à 24)
L
760 -
7 5 0 " " 1 ~ r ~ ~ ~ ~ - 25 30 35 40
Temps (min) Figure C7 Variation des forces de réaction dunnt l'essai d'eau (cellules 1 à 4)
30 35 Temps (min)
Figure CS Variation des forces de réaction durant l'essai d'eau (cellules 5 à 8)
25 30 35 40 Temps (min)
Figure C9 Déplacements durant I'essai d'eau (capteurs 1 8 6)
25 30 35 40 Temps (min)
Figure Cl0 Déplacements durant I'essai d'eau (capteurs 7 à 12)
Tableau C l Caractéristiques rhéologiques du coulis stable à base de ciment Portland type 30 Par Clniide D~rrnoitt
Calculs effectu4s sur la base d'une masse volumique de 1400 kglm3 pour un ciment non compact4. (Valeur verifi4e en laboratoire sur un volume de clmeni vibre mals non compact6 m6caniquement)
- Mélange
Masse volumique
Écoulement
Temps de prise
Viscosit6
CohBsion
Ressuage
Rapport EIC (Volumique)
Unités
Kglm3
sec
h
cP
Pa
%
0.6 0.75
Rapport UC (Massique)
0.43
1884
63
5
42.2
2.05
0.6
2 1 1.5
0.54
1755
48
6.5
23.4
1.85
2
1.43
1360
3 2
18
5.5
1.25
3 6
0.71
1638
3 8
8
11.2
1.8
20
1 .O7
1478
3 4
11
6.7
1.45
28
7 6 0 t c 2 1 " l ~ n 1 n m ' c ' 1 , * I ~ ~ 1 , m I . * 1 O 15 30 45 60 75 90 105 120 135
Temps (min) Figure Cl6 Variation des forces de réaction durant l'injection (cellules 1 h 4 )
Figure Cl7 Variation des forces de réaction durant l'injection (cellules 5 B 8)
. ,- O 15 30 45 60 75 90 105 120 135
Temps (min)
Figure Cl8 Évolution de la réaction h la cellule 3 et de la pression durant l'injection
O 15 30 45 60 75 90 1 0 5 1 2 0 135 Temps (min)
Figure Cl9 Évolution de la réaction la cellule 3 et du debit durant l'injection
0 . 5 t ' ~ 1 " ' " t " 1 " " ' t " " ' " ' 1 L 1
O 15 30 45 60 75 90 105 120 135 Temps (min)
Figure C20 Déplacements durant l'injection (capteurs 1 à 6)
o . s ~ " l ' ' ~ " l " " " " " ' " ' " ' ' O 15 30 45 60 75 90 105 120 135
Temps (min)
Figure C21 Déplacemenis durant ïinjection (capteurs 7 h 12)
Figure C23 Carotte B2 montrant une fissure injectée de 0,4 mm
3 ir: m a
